JP6546561B2 - 変位表示装置及び制振ダンパー - Google Patents

Description

本発明は、地震時に相対変位を生じる一対の相対変位部の累積変位量を表示する変位表示装置と、変位表示装置を備えた制振ダンパーに関する。

橋梁、水門、ボックスカルバートなどの土木構造物や、ビル、塔、倉庫などの建築構造物の地震対策として、従来は、部材の数や強度を増加させて地震時の外力に対して補強する方法がとられていた。しかし、大規模な地震を想定した場合には、部材の数量や重量が増大して、大幅なコストアップになるなどの問題があった。
これに対して、近年では、制振ダンパーを構造物の部材間に設置することにより、ダンパーのエネルギー吸収効果により構造物の部材に作用する荷重や変形を低減することによって構造物の部材数や重量を低減し、安全性と経済性を向上させる方法がとられるようになっている。

一方、制振ダンパーには、鋼材を使用したものが多用されている。その一つが、座屈拘束ブレースやダンパーブレースと呼ばれるものである。これらの制振ダンパーは、軸方向に作用する軸荷重により伸縮する軸部材と、この軸部材を内挿して軸部材の座屈を防止する補剛部材とを備え、軸部材の伸縮に伴う塑性変形によってエネルギーを吸収するもので、履歴型ダンパーと呼ばれる。
この履歴型ダンパーでは、安定したエネルギー吸収能を発揮するために、最大変位量と、疲労耐久性を表すための累積変位量の二つの指標によって設計や安全性の管理が行われる。
ここで、地震を受けたときの制振ダンパーの安全性（耐久性）を外観によって測定するものとして、特許文献１に開示の変位センサーや特許文献２に開示の装置がある。

特開２００５−６９９８２号公報 特開２０１４−１０９１６０号公報

しかしながら、これら特許文献１，２の先行技術は、最大変位量を計測するための装置であり、累積変位量を計測することは困難である。
また、特許文献１、２とは別の技術で累積変位量を計測する場合には、何らかの電源が必要である。そのため、長時間商用電源が使用できない場所や、バッテリーなどの電源の交換が容易にできない場所では、累積変位量の測定が不可能であった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、少なくとも累積変位量の計測を、電力を使用せずに機械式で行うことができるとともに、目視で容易に確認することができる変位表示装置及び制振ダンパーを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る変位表示装置は、地震時に相対変位を生じる一対の相対変位部の一方に設けられて相対変位方向に直線運動する直線運動伝達部と、一対の相対変位部の他方に設けられて直線運動伝達部に連結し、直線運動伝達部の直線運動を回転運動に変換する回転運動伝達部と、回転運動伝達部から伝達された正逆方向の回転を一方向の回転に変換する複数の回転伝達要素で構成された一方向回転変換部と、一方向回転変換部から伝達された一方向の回転を利用して一対の相対変位部の累積変位量を表示する累積変位量表示部と、一対の相対変位部の最大変位量を表示する最大変位量表示部と、を備え、一方向回転変換部は、回転運動伝達部から伝達された正逆方向の回転が伝達される第１回転軸と、第１回転軸に軸方向に離間して固定された第１及び第２ワンウェイクラッチと、を備え、第１ワンウェイクラッチが、第１回転軸に伝達された正方向の回転のみを第１回転伝達要素に伝達し、第２ワンウェイクラッチが、第１回転軸に伝達された逆方向の回転のみを第２回転伝達要素に伝達し、直線運動伝達部は、相対変位方向にラック歯が形成されている長尺なラック部材であり、最大変位量表示部は、一対の相対変位部の他方に設けられて一方向回転変換部を収納しているケースと、ケースを相対変位方向に貫通しているラック部材と、門型、或いは輪型に形成され、相対変位方向を向くケースの一方の側面側でラック部材の短尺方向の外周に摺動自在に係合している第１変位表示部材と、門型、或いは輪型に形成され、ケースの一方の側面に対して相対変位方向の逆側であるケースの他方の側面側でラック部材の短尺方向の外周に摺動自在に係合している第２変位表示部材と、を備え、第１変位表示部材は、ラック部材の相対変位方向の移動により前記ケースの一方の側面に当接することでラック部材上を摺動し、一方の側面に接触しないときにはラック部材上で停止し、第２変位表示部材は、ラック部材の相対変位方向の移動によりケースの他方の側面に当接することでラック部材上を摺動し、他方の側面に接触しないときにはラック部材上で停止するようにした。

また、本発明の一態様に係る制振ダンパーは、ダンパー本体と、ダンパー本体に設けられている上述した変位表示装置とを備え、ダンパー本体は、振動エネルギーを吸収する吸収部を備え、吸収部が振動エネルギーを吸収する際に変位表示装置の一対の相対変位部が相対変位するようにした。

本願に係る変位表示装置及び制振ダンパーによると、少なくとも累積変位量の計測を、電力を使用せずに機械式で行うことができるとともに、目視で容易に確認することができる。

本発明に係る第１実施形態の制振ダンパーの概略構成を示す模式図である。 第１実施形態の制振ダンパーを構成する変位表示装置の構成部材を示す図である。 変位表示装置の一方向回転変換部を構成しているウォーム歯車の正逆方向の回転方向を示す図である。 変位表示装置の累積変位量表示部を示す図である。 変位表示装置において、ラック部材の往復動作によるピニオンの正逆方向の回転運動が一方向の回転運動に変換されて累積変位量表示部に伝達される動作を示している図である。 変位表示装置の最大変位測定部の構造を示す図である。 変位表示装置の一方向回転変換部の具体的な構成を示す図である。 図７のＢ−Ｂ線矢視図である。 第１実施形態の制振ダンパーを橋梁に適用した状態を示す模式図である。 第１実施形態の制振ダンパーにおいて地震発生時の振動エネルギーにより軸部材に生じる変位状態の一例を示す履歴曲線図である。 本発明に係る第２実施形態の一方向回転変換部の減速機構を示すものである。 本発明に係る第３実施形態の累積変位量表示部を示すものである。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第１〜第３実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

［第１実施形態の制振ダンパー］
図１で示す第１実施形態は、軸降伏型の制振ダンパー１を示すものであり、ダンパー本体２と、変位表示装置３とを備えている。
［ダンパー本体］
ダンパー本体２は、振動エネルギーを軸方向に作用する圧縮及び引張りの軸荷重を塑性変形により吸収して減衰する軸部材５と、軸部材５の軸方向の両端にそれぞれ設けた一対の構造物連結部材６ａ，６ｂと、軸部材５を内挿する補剛部材７と、を備えている。
軸部材５は、履歴減衰特性（塑性変形に伴うエネルギー減衰特性）を有する普通鋼又は低降伏点鋼の鋼管からなる。そして、軸部材５は、軸方向に作用する軸荷重に対して伸縮して降伏する。補剛部材７は、軸部材５に軸方向の圧縮荷重が作用したときに軸部材５の座屈を防止するようになっており、例えば円筒形状で形成されている。一対の構造物連結部材６ａ，６ｂは、橋梁、アーチ橋、水門、ボックスカルバートなどの土木構造物や、ビル、塔、倉庫などの建築構造物に制振ダンパー１を取り付けるときの継ぎ手として用いられる。一対の構造物連結部材６ａ，６ｂとしてはボルト接合タイプやピン接合タイプがあるが、この第１実施形態ではピン接合タイプを採用している。

［変位表示装置］
変位表示装置３は、図２に示すように、補剛部材７と構造物連結部材６ａとの間で生じる相対変位を正逆方向の回転運動に変換するラック＆ピニオン部８と、ラック＆ピニオン部８のピニオン１２から伝達された正逆方向の回転を一方向の回転に変換する一方向回転変換部９と、一方向回転変換部９から得られた一方向の回転により累積変位量を表示する累積変位量表示部１０と、軸部材５の軸方向変位量の最大値を表示する最大変位量表示部４と、を備えている。

ラック＆ピニオン部８は、図２に示すように、ラック部材１１と、ラック部材１１のラック歯１１ａに噛合しているピニオン１２と、を備えている。ラック部材１１は、図１に示すように、補剛部材７及び構造物連結部材６ａの相対変位方向Ｒｄに沿ってラック歯１１ａが並んでおり、その一端がラック連結部材１３を介して構造物連結部材６ａに連結されている。
ラック＆ピニオン部８のピニオン１２は、図１に示す補剛部材７の外周に固定された一方向回転変換部９のケース１４に回転自在に支持されている。

ラック部材１１は、ラック連結部材１３に連結している一端から補剛部材７の外周に沿って軸方向に延在し、ケース１４を貫通した状態で配置され、ケース１４内のピニオン１２に噛合している。
一方向回転変換部９は、補剛部材７の外周に固定ベルト１６で固定されている。
一方向回転変換部９のケース１４内には、図２に示すように、入力軸１７に、ラック＆ピニオン部８のピニオン１２及びウォーム１８が軸方向に離間して固定されている。そして、第１回転軸１９に固定されたウォーム歯車２０がウォーム１８に噛合されていることで、入力軸１７の回転が減速されてウォーム歯車２０に伝達されるようになっている。

第１回転軸１９には、第１ワンウェイクラッチ２１及び第２ワンウェイクラッチ２２がウォーム歯車２０に対して同軸に、互いに軸方向に離間して固定されている。
第１ワンウェイクラッチ２１及び第２ワンウェイクラッチ２２は、図示しないが、外輪と、内輪と、外輪及び内輪の間に配置され、第１回転軸１９に伝達された正逆方向の回転の一方向の回転のみを外輪に伝達する回転制御部とを備えた装置である。
そして、第１ワンウェイクラッチ２１の外輪の外周に第１クラッチ歯車２３が固定され、第２ワンウェイクラッチ２２の外輪の外周に第２クラッチ歯車２４が固定されている。

図３は、図２で記載したウォーム歯車２０を、矢印Ａ方向（第１回転軸１９の軸方向に沿う方向）から示した図であり、ウォーム歯車２０はウォーム１８からＲ１方向（右回り）及びＲ２方向（左回り）の回転が伝達される。
第１ワンウェイクラッチ２１の回転制御部は、ウォーム歯車２０を介して第１回転軸１９に図３のＲ１方向及びＲ２方向の回転が伝達された場合に、Ｒ１方向の回転のみを第１クラッチ歯車２３に伝達し、Ｒ２方向の回転が伝達された場合には第１クラッチ歯車２３が空回りする構造としている。

また、第２ワンウェイクラッチ２２の回転制御部は、第１回転軸１９に図３のＲ１方向及びＲ２方向の回転が伝達された場合に、Ｒ２方向の回転のみを第２クラッチ歯車２４に伝達し、Ｒ１方向の回転が伝達された場合には第２クラッチ歯車２４が空回りする構造としている。
そして、第１クラッチ歯車２３は、第２回転軸２５に固定された第１分岐歯車２６に噛合されており、第２回転軸２５には、第１分岐歯車２６に対して軸方向に離間した位置に第２分岐歯車２７が固定されている。

また、第２クラッチ歯車２４は、出力軸２８に固定された第３分岐歯車２９に噛合されているとともに、出力軸２８には、第３分岐歯車２９に対して軸方向に離間し位置に合成歯車３０が固定されている。
この合成歯車３０に、第２回転軸２５に固定された第２分岐歯車２７が噛合されている。
また、累積変位量表示部１０は、図４に示すように、表示回転軸３１から回転が伝達される指針３２と、一方向回転変換部９のケース１４に固定され、指針３２が回転する表示円の範囲内に３つの表示領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃが表示されている表示プレート３３と、指針３２が１回転以上時計回りに回転するのを規制するストッパー３４と、を備えている。

ここで、表示回転軸３１は、一方向回転変換部９の出力軸２８から回転が伝達されており、出力軸２８からＲ１方向の回転（図３参照）が伝達されることで、指針３２が時計回りに回転するようになっている。
３つの表示領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃの各々は、時計回りに並んで表示されており、表示領域３３ａは例えば青色、表示領域３３ｂは例えば黄色、表示領域３３ｃは例えば赤色で表示されており、軸部材５の累積変位量に対応して識別されており、青色の表示領域３３ａ、黄色の表示領域３３ｂ、赤色の表示領域３３ｃの順に累積変位量が多くなることを示している。

図１に示すように、補剛部材７と構造物連結部材６ａとの相対変位は、軸部材５の軸方向の伸縮変位によって生じる。軸部材５の軸方向の伸縮変位は、軸方向に作用する圧縮及び引張りの軸荷重により生じる。
図５（ａ）は、軸部材５が引張り方向に変位したときの変位表示装置３の動作を示し、図５（ｂ）は、軸部材５が圧縮方向に変位したときの変位表示装置３の動作を示している。なお、図５（ａ）、（ｂ）で記載したＲ１，Ｒ２は、図３で示したＲ１方向（右回り）の回転、Ｒ２方向（左回り）の回転を示している。

軸部材５が引張り方向に変位すると、図５（ａ）に示すように、ラック部材１１の往動作によりラック歯１１ａに噛合しているピニオン１２が正回転し、このピニオン１２の回転がウォーム１８を介してウォーム歯車２０にＲ１方向の回転として伝達される。
ウォーム歯車２０に伝達されたＲ１方向の回転は、第１ワンウェイクラッチ２１及び第１クラッチ歯車２３を介して第１分岐歯車２６にＲ２方向の回転として伝達される。第１分岐歯車２６に伝達されたＲ２方向の回転は、第２分岐歯車２７を介して合成歯車３０にＲ１方向の回転として伝達される。
そして、合成歯車３０に伝達されたＲ１方向の回転が出力軸２８を介して表示回転軸３１に伝達されることで、累積変位量表示部１０の指針３２が、軸部材５が引張り方向に変位したときの累積変位量として、所定角度だけ時計回りに回転する。

また、軸部材５が圧縮方向に変位すると、図５（ｂ）に示すように、ラック部材１１の復動作によりラック歯１１ａに噛合しているピニオン１２が逆回転し、このピニオン１２の回転がウォーム１８を介してウォーム歯車２０にＲ２方向の回転として伝達される。
ウォーム歯車２０に伝達されたＲ２方向の回転は、第２ワンウェイクラッチ２２及び第２クラッチ歯車２４を介して第３分岐歯車２９にＲ１方向の回転として伝達される。第３分岐歯車２９に伝達されたＲ１方向の回転は、出力軸２８に同軸に固定されている合成歯車３０にＲ１方向の回転として伝達される。
そして、合成歯車３０に伝達されたＲ１方向の回転が出力軸２８を介して表示回転軸３１に伝達されることで、累積変位量表示部１０の指針３２が、軸部材５が圧縮方向に変位したときの累積変位量として、所定角度だけ時計回りに回転する。
ここで、本発明に係る一方向回転変換部から累積変位量表示部１０に伝達される一方向の回転が、Ｒ１方向の回転に対応している。

［最大変位量表示部］
最大変位量表示部４は、図６（ａ）に示すように、圧縮側変位表示部材３６と、引張り側変位表示部材３７と、を備えている。
圧縮側変位表示部材３６は、一方向回転変換部９のケース１４を貫通しているラック部材１１の一端側（ラック連結部材１３側）に突出しているラック部材１１の側面及びラック歯１１ａに摺動自在に係合しているとともに、ケース１４に接触しないときにはラック部材１１上で停止している門型、或いは輪型形状の部材である。
圧縮側変位表示部材３６は、軸部材５が圧縮方向に変位する際には、ケース１４のラック連結部材１３を向く側面１４ａの一部に当接しながらラック部材１１の一端側に摺動していく。

また、引張り側変位表示部材３７は、ケース１４を貫通しているラック部材１１の自由端側に突出しているラック部材１１の側面及びラック歯１１ａに摺動自在に係合しているとともに、ケース１４に接触しないときにはラック部材１１上で停止している門型、或いは輪型形状の部材である。
引張り側変位表示部材３７は、軸部材５が引張り方向に変位する際には、ケース１４の前述した側面１４ａに対して逆側の側面１４ｂの一部に当接しながらラック部材１１の自由側に摺動していく。

そして、図６（ｂ）は、軸部材５が軸方向に変位した後の最大変位量表示部４の状態を示したものである。
この図によると、圧縮側変位表示部材３６は、ラック部材１１の一端側に移動しており、ケース１４の側面１４ａからの距離ＣＸmaxを、現在までの圧縮側最大変位量として表示する。
また、引張り側変位表示部材３７は、ラック部材１１の自由端側に移動しており、ケース１４の側面１４ｂからの距離ＴＸmaxを、現在までの引張り側最大変位量として表示する。

ここで、第１実施形態のラック部材１１の外周に最大変位の表示部を設けてもよい。すなわち、圧縮側変位表示部材３６及び引張り側変位表示部材３７の両者がケース１４の側面１４ａ，１４ｂに当接している位置のラック部材１１の外周を初期位置表示とし、この初期位置表示からラック連結部材１３側に向かう側に、圧縮側の変位量を示す目盛り表示や色別表示を設け、初期位置表示からラック連結１１の自由端に向かう側に引張り側の変位量を示す目盛り表示や色別表示を設けてもよい。

［変位表示装置の具体的な構造］
次に、図７及び図８は、変位表示装置３の具体的な構成部材を示すものである。
変位表示装置３は、ラック＆ピニオン部８のピニオン１２から伝達された正逆方向の回転運動が、ピニオン１２の回転軸（入力軸１７）に対して回転軸（第１回転軸１９）が直交配置されたウォーム歯車２０にＲ１方向及びＲ２方向の回転（図３参照）として伝達される。
そして、ウォーム歯車２０に伝達されたＲ１方向及びＲ２方向の回転が、一方向回転変換部９によりＲ１方向に合成されて出力軸２８に出力される。
ここで、図７及び図８では図示していないが、一方向回転変換部９を構成している第１ワンウェイクラッチ２１は、第１回転軸１９に配置されている第１クラッチ歯車２３に内蔵されており、第２ワンウェイクラッチ２２は、第１回転軸１９に配置されている第２クラッチ歯車２４に内蔵されている。

［制振ダンパー］
次に、図９は、第１実施形態１の制振ダンパー１を橋梁に適用した状態を示す図である。
橋梁４０は、地中（不図示）から立設している柱部４１と、柱部４１の上端に配置された上部工４２とを備え、上部工４２が温度や変形で伸縮する場合に、柱部４１や上部工４２に余分な応力が加わらないように、柱部４１の上端と上部工４２との間に、上部工４２を長手方向（図９の左右方向）に移動可能とする可動支承４３が設置されている。上部工４２は、柱部４１を横切るようにして柱部４１の上端上に配置されている。柱部４１の側面上部４１ａには柱部側ブラケット４４が設けられ、上部工４２の下面４２ａには上部工側ブラケット４５が設けられている。
制振ダンパー１は、柱部４１及び上部工４２で仕切られた空間内に、上部工４２の長手方向に沿うようにして配置されている。そして、制振ダンパー１は、一端側の構造物連結部材６ａが上部工側ブラケット４５に回動自在に連結され、他端側の構造物連結部材６ｂが柱部４１の柱部側ブラケット４４に回動自在に連結されている。

［地震発生時の制振ダンパー及び変位表示装置の動作］
次に、図１０は、地震時において制振ダンパー１の軸部材５に生じる軸方向の変位状態の一例を示したものである。図１０の横軸は、軸部材５の伸縮量を表し、縦軸は軸部材５に付加される軸力を表す。また、破線は軸部材５の弾性変形量を表し、実線のＣ１，Ｃ２，Ｃ３は圧縮方向の塑性変位量であり、実線のＴ１，Ｔ２，Ｔ３は引張り方向の塑性変位量である。また、図１０の符号δで示す範囲は、軸部材５の変位初期で発生する遊びである。

図９のように橋梁に適用した制振ダンパー１は、地震により柱部４１と上部工４２との水平方向の相対変位Ｈで発生した振動エネルギーを、図１０で示す軸部材５の軸方向（補剛部材７及び構造物連結部材６ａの相対変位方向Ｒｄ）の引張り方向の塑性変形Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３及び圧縮方向の塑性変形Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３で吸収して減少し、上部工４２の長手方向に沿う１軸方向の制振を行う。
一方、制振ダンパー１の変位表示装置３は、地震時に軸部材５が引張り方向に変位するときには、一方向回転変換部９が、ラック＆ピニオン部８のピニオン１２の正回転をＲ１方向の回転として累積変位量表示部１０の表示回転軸３１に伝達していき、指針３２を時計回りに回転させて累積変位量を加算していく（図５（ａ）参照）。また、地震時に軸部材５が圧縮方向に変位するときには、一方向回転変換部９が、ラック＆ピニオン部８のピニオン１２の逆回転をＲ１方向の回転として累積変位量表示部１０の表示回転軸３１に伝達していき、指針３２を時計回りに回転させて累積変位量を加算していく（図５（ｂ）参照）。

このように制振ダンパー１の変位表示装置３は、地震時において、軸部材５の圧縮方向の塑性変形量（図１０の実線のＣ１，Ｃ２，Ｃ３）と、軸部材５の引張り方向の塑性変形量（図１０の実線のＴ１，Ｔ２，Ｔ３）とを加算した累積変位量を累積変位量表示部１０で表示する。
また、制振ダンパー１の最大変位量表示部４は、図１０の圧縮側の最大変位量ＣＸmaxを、図６（ｂ）で示した圧縮側変位表示部材３６とケース１４の側面１４ａからの距離ＣＸmaxで表示するとともに、図１０の引張り側の最大変位量ＴＸmaxを、図６（ｂ）で示した引張り側変位表示部材３７とケース１４の側面１４ｂからの距離ＴＸmaxで表示する。

［制振ダンパー及び変位表示装置の効果について］
橋梁に適用した制振ダンパー１は、地震により柱部４１と上部工４２との水平方向の相対変位Ｈで発生した振動エネルギーを、軸部材５の軸方向の引張り方向の塑性変形及び圧縮方向の塑性変形で吸収して減少させるので、上部工４２の長手方向に沿う１軸方向の制振を確実に行うことができる。
軸部材５の累積変位量は、制振ダンパー１の低サイクル疲労の度合いを算定するための指標であることから、制振ダンパー１の疲労の度合いを、変位表示装置３の累積変位量表示部１０を見るだけで容易に判断することができる。

変位表示装置３は、地震時に軸部材５が引張り方向、圧縮方向に変位する際の動作が、ラック＆ピニオン部８のピニオン１２に正逆方向の回転運動として伝達されるとともに、このピニオン１２の正逆方向の回転運動が、一方向回転変換部９を構成する複数の回転伝達要素に伝達されてＲ１方向の回転（本発明の一方向の回転に対応している）に変換され、この一方向の回転が累積変位量表示部１０の表示回転軸３１に伝達されることで、電力を使用せずに機械式で軸部材５の累積変位量を表示することができる。したがって、電源が無い場所や、バッテリーなどの電源の交換が容易にできない場所であっても、制振ダンパー１を構成している軸部材５の累積変位量を測定することができる。

変位表示装置３の一方向回転変換部９は、ラック＆ピニオン部８のピニオン１２から正逆方向の回転運動が伝達される第１回転軸１９に、回転伝達方向が互いに異なる第１ワンウェイクラッチ２１及び第２ワンウェイクラッチ２２が軸方向に離間して同軸に固定されており、変位表示装置３の小型化を図ることができる。
また、制振ダンパー１に最大変位量表示部４を備えているので、制振ダンパー１の疲労に関わる歪みの度合いを、目視で簡単に測定することができる。
また、最大変位量表示部４は、ラック＆ピニオン部８を構成しているラック部材１１に圧縮側変位表示部材３６及び引張り側変位表示部材３７を配置した簡便な構造としているので、製造コストの低減化を図ることができる。

なお、第１実施形態では、制振ダンパー１のダンパー本体２を、軸部材５及び補剛部材７を備えた軸降伏型のダンパーとしたが、座屈拘束ブレース、鋼材ダンパー、鉛ダンパー、摩擦ダンパー、シリンダー型ダンパー、オイルダンパー、粘弾性体ダンパー、せん断ダンパー、曲げ降伏型ダンパー、せん断パネル型ダンパー、鋼管ダンパー、アンボンドプレース、波形鋼板ダンパー、慣性質量ダンパー、回転慣性質量ダンパーの何れかであっても、同様の効果を奏することができる。
また、変位表示装置３は、補剛部材７と構造物連結部材６ａとの間で生じる相対変位（直線運動）を正逆方向の回転運動に変換するラック部材１１及びピニオン１２を備えたラック＆ピニオン部８を備えているが、ピニオン１２をゴム車（不図示）に替え、ゴム車に回転運動を伝達する摩擦板をラック部材１１に替えた構造としても同様の効果を奏することができる。

また、第１実施形態の一方向回転変換部９は、第１クラッチ歯車２３、第２クラッチ歯車２４、第１分岐歯車２６、第２分岐歯車２７、第３分岐歯車２９及び合成歯車３０を備えているが、例えばプーリ及びベルトを使用した回転伝達要素を使用しても、同様の効果を奏することができる。
さらに、図９において紙面の表裏方向に制振ダンパー１が延在した状態で柱部４１及び上部工４２の間に連結されていても、前述した効果を奏することができる。

［第２実施形態の減速機構］
図２の一方向回転変換部９では、入力軸１７の回転を減速する機構としてウォームギア式減速機構（ウォーム１８及びウォーム歯車２０）を使用したが、この減速機構は、図２で示した一方向回転変換部９の第１ワンウェイクラッチ２１及び第２ワンウェイクラッチ２２に発生する遊びが、図１０で示した軸部材５の変位初期で発生する遊びδに相当するように調整するためのものである。

ここで、図２で示したウォームギア式減速機構に替えて、図１１（ａ）で示すタンジェントスクリュー式減速機構５０を採用してもよい。なお、第１回転軸１９には、図２と同様に第１ワンウェイクラッチ２１及び第２ワンウェイクラッチ２２が固定されている。
図１１（ａ）のタンジェントスクリュー式減速機構５０は、入力軸１７の外周に形成した雄ねじ５１と、雄ねじ５１に螺合する雌ねじ（不図示）が形成され、入力軸１７の回転によって入力軸１７の軸方向に移動する軸方向移動部材５２と、軸方向移動部材５２の入力軸１７の軸方向の移動を第１回転軸１９にＲ１方向の回転、或いはＲ２方向の回転として伝達する回転伝達部材５３と、を備えている。なお、Ｒ１方向及びＲ２方向の回転は、図３で示したＲ１方向（右回り）の回転、Ｒ２方向（左回り）の回転である。

回転伝達部材５３は、軸方向移動部材５２から突出している突起５４と、一端側が第１回転軸１９に固定され、他端側に突起５４を挿通する長穴５５が形成されている回転伝達板５６とで構成されている。
図１で示したように、補剛部材７と構造物連結部材６ａとの相対変位は、軸部材５の軸方向の伸縮変位によって生じる。軸部材５の軸方向の伸縮変位は、軸方向に作用する圧縮及び引張りの軸荷重により生じる。
図１１（ａ）は、軸部材５が引張り方向に変位したときのタンジェントスクリュー式減速機構５０の動作を示し、図１１（ｂ）は、軸部材５が圧縮方向に変位したときのタンジェントスクリュー式減速機構５０の動作を示している。

軸部材５が引張り方向に変位すると、図１１（ａ）に示すように、ラック部材１１の往動作によりラック歯１１ａに噛合しているピニオン１２が正回転し、このピニオン１２の回転により軸方向移動部材５２が矢印方向に移動する。この軸方向移動部材５２の移動により、突起５４が長穴５５の軸方向に移動しながら回転伝達板５６を矢印方向に移動させることで第１回転軸１９にＲ１方向の回転を伝達する。そして、第１回転軸１９に伝達されたＲ１方向の回転は、図５（ａ）で示した状態と同様に一方向回転変換部９に伝達される。

また、軸部材５が圧縮方向に変位すると、図１１（ｂ）に示すように、ラック部材１１の復動作によりピニオン１２が逆回転し、このピニオン１２の逆回転により軸方向移動部材５２が矢印方向に移動する。この軸方向移動部材５２の移動により、突起５４が長穴５５の軸方向に移動しながら回転伝達板５６を矢印方向に移動させることで第１回転軸１９にＲ２方向の回転を伝達する。そして、第１回転軸１９に伝達されたＲ２方向の回転は、図５（ｂ）で示した状態と同様に一方向回転変換部９に伝達される。
なお、図２で示したウォームギア式減速機構（ウォーム１８及びウォーム歯車２０）、図１１（ａ）、（ｂ）で示したタンジェントスクリュー式減速機構５０の他の構造の減速機構として、遊星変速ギヤを使用した減速機構を採用してもよい。

［第３実施形態の累積変位量表示部］
次に、図１２は、第３実施形態の累積変位量表示部６０を示すものである。
第３実施形態の累積変位量表示部６０は、表示台６１上を直線運動する表示移動部材６２と、表示移動部材６２の表面に表示されている表示部６３と、一方向回転変換部９の出力軸２８から一方向の回転が伝達される直線運動変換部６４と、表示台６１に形成され、直線運動した表示移動部材６２の所定位置を指し示すマーク６５と、を備えている。
表示移動部材６２の具体的な構成は、上面にラック歯（不図示）を規制したラック部材であり、表示台６１に設けた支持部材（不図示）により直線運動可能に配置されている。
また、直線運動変換部６４の具体的な構成は、表示移動部材６２のラック歯に係合するピニオンである。

表示部６３は、表示移動部材６２の長手方向に並んで形成された表示領域６３ａ，６３ｂ，６３ｃで構成されている。表示領域６３ａは例えば青色、表示領域６３ｂは例えば黄色、表示領域６３ｃは例えば赤色で表示されており、軸部材５の累積変位量に対応して識別されており、青色の表示領域３３ａ、黄色の表示領域３３ｂ、赤色の表示領域３３ｃの順に累積変位量が多くなることを示している。
そして、表示台６１に形成したマーク６５が、表示部６３の所定の表示領域（例えば表示領域６３ａ）を指し示す。

そして地震時に軸部材５が引張り方向、圧縮方向に変位する際の動作が、一方向回転変換部９の出力軸２８にＲ１方向の回転として伝達され、このＲ１方向の回転が直線運動変換部６４に伝達されて表示移動部材６２が直線運動することで、マーク６５が表示部６３の所定の表示領域を指し示す。
したがって、第３実施形態の累積変位量表示部６０も、電力を使用せずに機械式で軸部材５の累積変位量を表示することができる。
なお、第１〜第３実施形態の変位表示装置３は、振動エネルギーを吸収する制振ダンパー１のダンパー本体２に装着されるものとして説明したが、例えば免震装置に装着して累積変位量及び最大変位量を表示する装置として使用しても、同様の効果を発揮することができる。

１ 制振ダンパー
２ ダンパー本体
３ 変位表示装置
４ 最大変位量表示部
５ 軸部材
６ａ，６ｂ 構造物連結部材
７ 補剛部材
８ ラック＆ピニオン部
９ 一方向回転変換部
１０ 累積変位量表示部
１１ ラック部材
１１ａ ラック歯
１２ ピニオン
１３ ラック連結部材
１４ ケース
１６ 固定ベルト
１７ 入力軸
１８ ウォーム
１９ 第１回転軸
２０ ウォーム歯車
２１ 第１ワンウェイクラッチ
２２ 第２ワンウェイクラッチ
２３ 第１クラッチ歯車
２４ 第２クラッチ歯車
２５ 第２回転軸
２６ 第１分岐歯車
２７ 第２分岐歯車
２８ 出力軸
２９ 第３分岐歯車
３０ 合成歯車
３１ 表示回転軸
３２ 指針
３３ 表示プレート
３３ａ〜３３ｃ 表示領域
３４ ストッパー
３６ 圧縮側変位表示部材
３７ 引張り側変位表示部材
４０ 橋梁
４１ 柱部
４１ａ 側面上部
４２ 上部工
４３ 可動支承
４４ 柱部側ブラケット
４５ 上部工側ブラケット
５０ タンジェントスクリュー式減速機構
５１ 雄ねじ
５２ 軸方向移動部材
５３ 回転伝達部材
５４ 突起
５５ 長穴
５６ 回転伝達板
６０ 累積変位量表示部
６１ 表示台
６２ 表示移動部材
６３ 表示部
６３ａ〜６３ｃ 表示領域
６４ 直線運動変換部
６５ マーク
Ｒｄ 相対変位方向
Ｒ１ 右回りの回転
Ｒ２ 左回りの回転
δ 遊び

Claims (8)

1. 地震時に相対変位を生じる一対の相対変位部の一方に設けられて相対変位方向に直線運動する直線運動伝達部と、
   前記一対の相対変位部の他方に設けられて前記直線運動伝達部に連結し、前記直線運動伝達部の直線運動を回転運動に変換する回転運動伝達部と、
   前記回転運動伝達部から伝達された正逆方向の回転を一方向の回転に変換する複数の回転伝達要素で構成された一方向回転変換部と、
   前記一方向回転変換部から伝達された前記一方向の回転を利用して前記一対の相対変位部の累積変位量を表示する累積変位量表示部と、
   前記一対の相対変位部の最大変位量を表示する最大変位量表示部と、を備え、
   前記一方向回転変換部は、
   前記回転運動伝達部から伝達された正逆方向の回転が伝達される第１回転軸と、
   前記第１回転軸に軸方向に離間して固定された第１及び第２ワンウェイクラッチと、を備え、
   前記第１ワンウェイクラッチが、前記第１回転軸に伝達された正方向の回転のみを第１回転伝達要素に伝達し、前記第２ワンウェイクラッチが、前記第１回転軸に伝達された逆方向の回転のみを第２回転伝達要素に伝達し、
   前記直線運動伝達部は、前記相対変位方向にラック歯が形成されている長尺なラック部材であり、
   前記最大変位量表示部は、
   前記一対の相対変位部の他方に設けられて前記一方向回転変換部を収納しているケースと、
   前記ケースを前記相対変位方向に貫通している前記ラック部材と、
   門型、或いは輪型に形成され、前記相対変位方向を向く前記ケースの一方の側面側で前記ラック部材の短尺方向の外周に摺動自在に係合している第１変位表示部材と、
   門型、或いは輪型に形成され、前記ケースの一方の側面に対して前記相対変位方向の逆側である前記ケースの他方の側面側で前記ラック部材の短尺方向の外周に摺動自在に係合している第２変位表示部材と、を備え、
   前記第１変位表示部材は、前記ラック部材の前記相対変位方向の移動により前記ケースの一方の側面に当接することで前記ラック部材上を摺動し、前記一方の側面に接触しないときには前記ラック部材上で停止し、
   前記第２変位表示部材は、前記ラック部材の前記相対変位方向の移動により前記ケースの他方の側面に当接することで前記ラック部材上を摺動し、前記他方の側面に接触しないときには前記ラック部材上で停止することを特徴とする変位表示装置。
2. 前記最大変位量表示部は、前記ラック部材の長手方向に設けられ、前記第１及び第２変位表示部材が停止している位置の前記最大変位量の大きさを表示する表示部を備えていることを特徴とする請求項１記載の変位表示装置。
3. 前記累積変位量表示部は、
   表示円に前記累積変位量の大きさが表示されている表示プレートと、
   前記一方向回転変換部から前記一方向の回転が伝達されて回転し、前記表示プレートの前記表示円に表示されている前記累積変位量の所定の大きさを指し示す指針と、
   を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の変位表示装置。
4. 前記累積変位量表示部は、
   表示台上を直線運動する表示移動部材と、
   前記表示移動部材の表面に前記累積変位量の大きさが表示されている表示部と、
   前記表示移動部材に係合し、前記一方向回転変換部から前記一方向の回転が伝達されることで前記表示移動部材を直線運動させる直線運動変換部と、
   前記表示台に形成され、直線運動した前記表示移動部材の前記表示部における前記累積変位量の所定の大きさを指し示すマークと、
   を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の変位表示装置。
5. 前記第１回転伝達要素は、前記第１ワンウェイクラッチの外周に固定された第１クラッチ歯車であり、前記第２回転伝達要素は、前記第２ワンウェイクラッチの外周に固定された第２クラッチ歯車であり、
   前記回転伝達要素の全てが、前記第１クラッチ歯車及び前記第２クラッチ歯車から回転が伝達される歯車であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の変位表示装置。
6. ダンパー本体と、前記ダンパー本体に設けられている請求項１から請求項５の何れか１項に記載の変位表示装置とを備え、
   前記ダンパー本体は、振動エネルギーを吸収する吸収部を備え、前記吸収部が前記振動エネルギーを吸収する際に前記変位表示装置の一対の相対変位部が相対変位することを特徴とする制振ダンパー。
7. 前記吸収部は、軸方向に作用する圧縮及び引張りの軸荷重を弾性変形及び塑性変形により吸収する軸部材で構成され、
   前記一対の相対変位部の一方は、前記軸部材を内挿する補剛部材で構成され、
   前記一対の相対変位部材の他方は、前記軸部材の端部に設けられた連結部材で構成されていることを特徴とする請求項６記載の制振ダンパー。
8. 前記ダンパー本体は、座屈拘束ブレース、鋼材ダンパー、鉛ダンパー、摩擦ダンパー、シリンダー型ダンパー、オイルダンパー、粘弾性体ダンパー、せん断ダンパー、曲げ降伏型ダンパー、せん断パネル型ダンパー、鋼管ダンパー、アンボンドプレース、波形鋼板ダンパー、慣性質量ダンパー、回転慣性質量ダンパーの何れかであることを特徴とする請求項６又は７に記載の制振ダンパー。

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