JP7422421B2 - 累積変位計及び制振ダンパー - Google Patents

Description

本発明は、建造物の振動による累積変位を計測する累積変位計及び該累積変位計を備えた制振ダンパーに関するものである。

橋梁等の土木構造物及びビル等の建築構造物の地震対策として、制振ダンパーを構造物の部材間に設置し、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方法が知られている。

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（ダンパーブレース）と呼ばれるものである。これらは、軸方向に作用する軸荷重により伸縮する軸部材及び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、補剛部材に対する軸部材の最大変位量、及び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）を外観から測定するものとして、特許文献１に記載されている変位表示装置がある。

特許第６５４６５６１号公報

しかしながら、特許文献１記載の変位表示装置に搭載されている累積変位計は、電力を必要としないが、まず正逆直線運動を正逆回転運動に変換し、更に正逆回転運動を一方向回転運動に変換するなど構成が複雑である。また、電力を用いて累積変位量を計測する装置においては、長時間商用電源が使用できない場所やバッテリー等の電源交換が容易にできない場所等での累積変位量の計測が不可能であった。

本発明の目的は、電力を使用せずに機械式で且つシンプルな構成で累積変位を計測することができる累積変位計及び該累積変位計を備えた制振ダンパーを提供することである。

本発明の累積変位計は、第１部材に対する第２部材の累積変位量を計測する累積変位計であって、前記第２部材に取り付けられ前記第２部材が変位する変位方向に延びる第１ラックと、前記第１ラックと所定の距離を開けて前記第２部材に取り付けられ前記変位方向に延びる第２ラックと、前記第１ラックと前記第２ラックとの間に位置し、前記第１部材に回転可能に支持されたピニオンと、前記第１ラックが前記変位方向に沿った方向である第１方向に変位したときに、前記第１ラックが前記ピニオンに噛み合いかつ前記第２ラックが前記ピニオンから離間し、前記第２ラックが前記第１方向に対して反対方向である第２方向に変位したときに、前記第２ラックが前記ピニオンに噛み合いかつ前記第１ラックが前記ピニオンから離間するように前記第１ラック及び前記第２ラックの位置を制御する位置制御部材と、前記ピニオンの回転量から計測される前記累積変位量を出力する出力部材と、を備え、前記第１ラックが前記第１方向に変位したときに前記第１ラックにより前記ピニオンを累積回転方向に回転させ、前記第２ラックが前記第２方向に変位したときに前記第２ラックにより、前記ピニオンを前記累積回転方向に回転させることを特徴とする。

また、本発明の累積変位計は、前記第１ラック及び前記第２ラックの歯において、前記第１方向側の歯面及び前記第２方向側の歯面は異なる形状であることを特徴とする。

また、本発明の累積変位計は、前記第１ラックの歯において、前記第１方向側の歯面は前記ピニオンの歯と噛み合う凹曲面であり、前記第２ラックの歯において、前記第２方向側の歯面は前記ピニオンの歯と噛み合う凹曲面であることを特徴とする。

また、本発明の累積変位計は、前記第１ラックの歯において、前記第２方向側の歯面は前記変位方向に対して所定の角度を有する傾斜面であり、前記第２ラックの歯において、前記第１方向側の歯面は前記所定の角度を有する傾斜面であることを特徴とする。

また、本発明の累積変位計は、前記第１ラック及び前記第２ラックが前記変位方向に対して傾斜する複数の長孔を備え、前記位置制御部材を介して前記第２部材に取り付けられており、前記位置制御部材は、前記長孔のそれぞれに挿通する複数のボスを備え、前記第２部材の前記変位方向への変位に伴ない前記ボスが前記長孔内を移動することにより前記第１ラック及び前記第２ラックの前記ピニオンに対する位置を制御することを特徴とする。

また、本発明の累積変位計は、前記ピニオンの歯の数が奇数であることを特徴とする。

また、本発明の累積変位計の前記出力部材は、前記累積変位量を表示する表示部材であることを特徴とする。

また、本発明の累積変位計は、前記第１ラックの前記変位方向における一端部及び前記第２ラックの前記変位方向における一端部を連結する第１連結部と、前記第１ラックの前記変位方向における他端部及び前記第２ラックの前記変位方向における他端部を連結する第２連結部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の累積変位計は、前記第１部材が構造物の振動を減衰する制振ダンパーの補剛部材であり、前記第２部材が前記制振ダンパーの軸部材であることを特徴とする。

また、本発明の制振ダンパーは、構造物の振動を減衰する制振ダンパーであって、前記振動により変位する軸部材と、前記軸部材の座屈を防止する補剛部材と、前記補剛部材に対する前記軸部材の累積変位を計測する本発明の累積変位計と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の制振ダンパーは、前記累積変位計の前記第１ラックの歯において、前記第１方向側の歯面は前記ピニオンの歯と噛み合う凹曲面であり、前記累積変位計の前記第２ラックの歯において、前記第２方向側の歯面は前記ピニオンの歯と噛み合う凹曲面であることを特徴とする。

また、本発明の制振ダンパーは、前記累積変位計の前記第１ラックの歯において、前記第２方向側の歯面は前記変位方向に対して所定の角度を有する傾斜面であり、前記累積変位計の前記第２ラックの歯において、前記第１方向側の歯面は前記所定の角度を有する傾斜面であることを特徴とする。

また、本発明の制振ダンパーは、前記累積変位計の前記第１ラック及び前記第２ラックが前記変位方向に対して傾斜する複数の長孔を備え、前記位置制御部材を介して前記第２部材に取り付けられており、前記累積変位計の前記位置制御部材は、前記長孔のそれぞれに挿通する複数のボスを備え、前記第２部材の前記変位方向への変位に伴ない前記ボスが前記長孔内を移動することにより前記第１ラック及び前記第２ラックの前記ピニオンに対する位置を制御することを特徴とする。

また、本発明の制振ダンパーは、前記累積変位計の前記ピニオンの歯の数が奇数であることを特徴とする。

また、本発明の制振ダンパーは、前記累積変位計の前記出力部材が前記累積変位量を表示する表示部材であることを特徴とする。

また、本発明の制振ダンパーは、前記累積変位計の前記第１ラックの前記変位方向における一端部及び前記第２ラックの前記変位方向における一端部を連結する第１連結部と、前記累積変位計の前記第１ラックの前記変位方向における他端部及び前記第２ラックの前記変位方向における他端部を連結する第２連結部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電力を使用せずに機械式で且つシンプルな構成で累積変位を計測することができる累積変位計及び該累積変位計を備えた制振ダンパーを提供することができる。

実施の形態に係る制振ダンパーの構成を示す図である。 実施の形態に係る累積変位計の構成を示す正面図である。 実施の形態に係る累積変位計の構成を示す平面図である。 実施の形態に係るラック＆ピニオン部の構成を示す図であって、第１ラック及びピニオンが噛み合っている状態を示す図である。 実施の形態に係るラック＆ピニオン部の構成を示す図であって、第２ラック及びピニオンが噛み合っている状態を示す図である。 実施の形態に係る第１ラックの歯及びピニオンの歯が噛み合っている状態を示す拡大図である。 実施の形態に係る第２ラックの歯及びピニオンの歯が噛み合っている状態を示す拡大図である。 実施の形態に係る位置制御部材の構成を示す平面図及び断面図である。 実施の形態に係る制振ダンパーを橋梁に取り付けた状態を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る累積変位計及び該累積変位計を備えた制振ダンパーについて説明する。但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。

図１は、この実施の形態に係る制振ダンパーの構成を示す図である。制振ダンパー１は、構造物、例えば橋梁等の土木構造物及びビル等の建築構造物の振動を減衰する軸降伏型の制振ダンパーであって、図１に示すように、ダンパー本体２及び累積変位計３を備えている。

ダンパー本体２は、軸方向（図１の紙面左右方向）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、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、及び軸部材５を内挿する補剛部材７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。軸部材５は、振動により変位し、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の座屈を防止する部材であり、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、この実施形態ではピン接合タイプを採用している。

図２はこの実施の形態に係る累積変位計３の構成を示す正面図、図３はその平面図である。累積変位計３は、第１部材（補剛部材７）に対する第２部材（軸部材５）の累積変位量を計測する累積変位計であって、図２及び図３に示すように、ラック＆ピニオン部８、累積変位量表示部材１０、及びギヤボックス２６を備えている。ラック＆ピニオン部８は、補剛部材７と軸部材５（構造物連結部材６ａ）との間で生じる相対変位を一方向（図４及び図５に示す累積回転方向Ｒ３）の回転運動に変換する。累積変位量表示部材１０は、ラック＆ピニオン部８のピニオン１２（図４参照）から得られた一方向（累積回転方向Ｒ３）の回転により累積変位量を表示する。ギヤボックス２６は、ピニオン１２に接続されている入力軸と累積変位量表示部材１０に接続されている出力軸との間に配置されており入力軸の回転を減速するギヤを収容する。ピニオン１２及びギヤボックス２６を収容するケース１４は、補剛部材７の外周に固定ベルト１６で固定されている。

図４及び図５は、ラック＆ピニオン部８の構成を示す図である。なお、図４はラック部材１１の第１ラック２０及びピニオン１２が噛み合っている状態を示す図、図５はラック部材１１の第１ラック２１及びピニオン１２が噛み合っている状態を示す図である。ラック＆ピニオン部８は、図４及び図５に示すように、ラック部材１１、ピニオン１２、及び位置制御部材９を備えている。ラック部材１１及び位置制御部材９は、図２に示すように、連結部材１３を介して構造物連結部材６ａに固定されている一端から補剛部材７の外周に沿って軸部材５の軸方向に延在し、ケース１４を貫通した状態で配置されている。

ラック部材１１は、第１ラック２０及び第２ラック２１を備えている。第１ラック２０は、位置制御部材９、連結部材１３及び構造物連結部材６ａを介して軸部材５に取り付けられ、軸部材５が変位する変位方向Ｒｄに延びている。第２ラック２１は、第１ラック２０と変位方向Ｒｄの直交する方向に所定の距離を開けて位置制御部材９、連結部材１３及び構造物連結部材６ａを介して軸部材５に取り付けられ、変位方向Ｒｄに延びている。第１ラック２０の変位方向Ｒｄにおける一端部２０ａ及び第２ラック２１の変位方向Ｒｄにおける一端部２１ａは、第１連結部２２により連結されている。第１ラック２０の変位方向Ｒｄにおける他端部２０ｂ及び第２ラック２１の変位方向Ｒｄにおける他端部２１ｂは、第２連結部２３により連結されている。

ラック部材１１には、変位方向Ｒｄに対して傾斜する複数（この実施の形態では６個）の長孔１１ａが設けられている。この実施の形態において長孔１１ａは、ラック部材１１の四隅、及び変位方向Ｒｄに沿った二隅の長孔１１ａと１１ａとの間の中央に位置している。この実施の形態において長孔１１ａの変位方向Ｒｄに対する傾斜角度θ１は５４度であるが、傾斜角度θ１は３６度以上５４度以下の範囲内であればよい。長孔１１ａのそれぞれには、後述する位置制御部材９のボス９ｃのそれぞれが挿通される。

第１ラック２０には、変位方向Ｒｄに沿って複数の歯２４が形成されている。図６は、図４の円Ｃ１に囲まれた部分の拡大図である。第１ラック２０の個々の歯２４において、変位方向Ｒｄに沿った方向である第１方向Ｒ１側の歯面２４ａ及び第１方向Ｒ１の反対方向である第２方向Ｒ２側の歯面２４ｂは、図６に示すように、異なる形状である。第１ラック２０の個々の歯２４において、第１方向Ｒ１側の歯面２４ａは、ピニオン１２の歯１２ａと噛み合う凹曲面であり、ラック部材１１（第１ラック２０）が第１方向Ｒ１に移動する際、歯面２４ａとピニオン１２の歯１２ａが噛み合うことによりラック部材１１の直線運動をピニオン１２に伝達する。一方、第２方向Ｒ２側の歯面２４ｂは、変位方向Ｒｄに対して所定の角度を有する傾斜面であり、歯面２４ｂの変位方向Ｒｄに対する傾斜角度θ２は５４度であるが、傾斜角度θ２は３６度以上５４度以下の範囲内であればよい。また、歯面２４ｂの傾斜角度θ２は、長孔１１ａの傾斜角度θ１と同一である。ラック部材１１（第１ラック２０）が第２方向Ｒ２に移動する際、歯面２４ｂは、図４に示すように、ピニオン１２の歯１２ａと噛み合わず、反発し、第１ラック２０がピニオン１２から離間する方向にラック部材１１を誘導する。

第２ラック２１には、変位方向Ｒｄに沿って複数の歯２５が形成されている。図７は、図５の円Ｃ２に囲まれた部分の拡大図である。第２ラック２１の個々の歯２５において、第１方向Ｒ１側の歯面２５ｂ及び第２方向Ｒ２側の歯面２５ａは、図７に示すように、異なる形状である。第２ラック２１の個々の歯２５において、第２方向Ｒ２側の歯面２５ａは、ピニオン１２の歯１２ａと噛み合う凹曲面であり、ラック部材１１（第２ラック２１）が第２方向Ｒ２に移動する際、歯面２５ａとピニオン１２の歯１２ａが噛み合うことによりラック部材１１の直線運動をピニオン１２に伝達する。一方、第１方向Ｒ１側の歯面２５ｂは、変位方向Ｒｄに対して所定の角度を有する傾斜面であり、歯面２５ｂの変位方向Ｒｄに対する傾斜角度θ３は５４度であるが、傾斜角度θ３は３６度以上５４度以下の範囲内であればよい。また、歯面２５ｂの傾斜角度θ３は、長孔１１ａの傾斜角度θ１と同一である。ラック部材１１（第２ラック２１）が第１方向Ｒ１に移動する際、歯面２５ｂは、ピニオン１２の歯１２ａと噛み合わず、反発し、第２ラック２１がピニオン１２から離間する方向にラック部材１１を誘導する。

ピニオン１２は、図４及び図５に示すように、第１ラック２０と第２ラック２１との間に位置する。ピニオン１２は、補剛部材７に、または補剛部材７に固定されているケース１４に回転可能に支持されている。ピニオン１２には、奇数個（この実施の形態では２５個）の歯１２ａが形成されている。したがって、ピニオン１２の歯１２ａの一つが第１ラック２０の歯２４と噛み合うとき、第２ラック２１の歯２５に最も近い歯１２ａは歯２５に干渉せず、ピニオン１２の歯１２ａの一つが第２ラック２１の歯２５と噛み合うとき、第１ラック２０の歯２４に最も近い歯１２ａは歯２４に干渉しない。

ピニオン１２は、ラック部材１１が第１方向Ｒ１に移動する際、ピニオン１２から離間した第２ラック２１と噛み合わず、第１ラック２０と噛み合い、ラック部材１１の第１方向Ｒ１の直線運動は、累積回転方向Ｒ３の回転運動に変換され、ピニオン１２は、累積回転方向Ｒ３に回転する。また、ピニオン１２は、ラック部材１１が第２方向Ｒ２に移動する際、ピニオン１２から離間した第１ラック２０と噛み合わず、第２ラック２１と噛み合い、ラック部材１１の第２方向Ｒ２の直線運動は、累積回転方向Ｒ３の回転運動に変換され、ピニオン１２は、累積回転方向Ｒ３に回転する。即ち、ピニオン１２は、ラック部材１１が第１方向Ｒ１に移動しても第１方向Ｒ１と反対方向である第２方向Ｒ２に移動しても、一方向、即ち累積回転方向Ｒ３に回転し、累積回転方向Ｒ３の反対方向に回転しない。

位置制御部材９は、ラック部材１１の位置を制御するための部材であって、第２方向Ｒ２側の端部が連結部材１３を介して構造物連結部材６ａ、ひいては軸部材５に連結されている。図８（Ａ）は位置制御部材９の構成を示す平面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＡ－Ａ断面図である。位置制御部材９は、ラック部材１１を載置する載置面９ａ、載置面９ａの幅方向両端部に形成されている側壁９ｂ、及び載置面９ａ上に形成される複数（この実施の形態では６個）のボス９ｃを備えている。変位方向Ｒｄに直交する方向における載置面９ａの幅はラック部材１１のその幅より広く、変位方向Ｒｄに沿う方向における載置面９ａの長さはラック部材１１のその長さより長い。２つの側壁９ｂは、載置面９ａの長手方向（変位方向Ｒｄ）に沿って載置面９ａに対して垂直方向に取り付けられている。６個のボス９ｃは、載置面９ａ上に、載置面９ａに対して垂直方向に取り付けられている。この実施の形態においてボス９ｃは、載置面９ａの四隅、及び変位方向Ｒｄに沿った二隅のボス９ｃと９ｃとの間の中央に位置している。ボス９ｃのそれぞれは、ラック部材１１の長孔１１ａのそれぞれに挿通されており、長孔１１ａの長手方向（斜め方向）にスライド可能に構成されている。

位置制御部材９は、第１ラック２０が変位方向Ｒｄに沿った方向である第１方向Ｒ１に変位したときに、図４に示すように第１ラック２０がピニオン１２に噛み合いかつ第２ラック２１がピニオン１２から離間するようにラック部材１１の位置を制御する。また、位置制御部材９は、第２ラック２１が第１方向Ｒ１に対して反対方向である第２方向Ｒ２に変位したときに、図５に示すように第２ラック２１がピニオン１２に噛み合いかつ第１ラック２０がピニオン１２から離間するようにラック部材１１の位置を制御する。即ち、位置制御部材９は、軸部材５の変位方向Ｒｄへの変位に伴ないボス９ｃが長孔１１ａ内を斜め方向に移動することにより第１ラック２０及び第２ラック２１のピニオン１２に対する位置を制御する。

具体的には、ボス９ｃが長孔１１ａの第２ラック２１側且つ第１方向Ｒ１側となる位置（図５に示す位置）にあり、位置制御部材９が第１方向Ｒ１に変位したとき、第２ラック２１の歯２５の歯面２５ｂがピニオン１２の歯１２ａに及ぼす反発力により、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置は、図４に示す位置、即ちボス９ｃが長孔１１ａの第１ラック２０側且つ第２方向Ｒ２側となる位置に位置決めされる。また、ボス９ｃが長孔１１ａの第１ラック２０側且つ第２方向Ｒ２側となる位置（図４に示す位置）にあり、位置制御部材９が第２方向Ｒ２に変位したとき、第１ラック２０の歯２４の歯面２４ｂがピニオン１２の歯１２ａに及ぼす反発力により、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置は、図５に示す位置、即ちボス９ｃが長孔１１ａの第２ラック２１側且つ第１方向Ｒ１側となる位置に位置決めされる。

累積変位量表示部材１０は、ピニオン１２の回転量から計測される累積変位量を表示する。累積変位量表示部材１０は、図３に示すように、表示回転軸３１，指針３２、及び表示プレート３３を備えている。累積変位計３の出力軸から表示回転軸３１に累積回転方向Ｒ３の回転が伝達されることで、指針３２は反時計回りに回転する。表示プレート３３には、指針３２が回転する表示円の範囲内に、軸部材５の累積変位量を段階別に示す３つの表示領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃが表示されている。

図９は、この実施の形態に係る制振ダンパー１を橋梁に適用した状態を示す図である。橋梁４０は、地中（図示せず）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。なお、図９において紙面左右方向に制振ダンパー１が延在しているが、紙面表裏方向に制振ダンパー１が延在し、柱部４１及び上部工４２の間で連結される構成であってもよい。

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。

次に、地震発生時における制振ダンパー１及び累積変位計３の動作について説明する。図９に示す橋梁に取り付けられた制振ダンパー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（変位方向Ｒｄ）における引張り方向（第２方向Ｒ２）の塑性変形及び圧縮方向（第１方向Ｒ１）の塑性変形で吸収して減少し、上部工４２の長手方向に沿う方向の制振を行う。

制振ダンパー１に取り付けられた累積変位計３において、地震時に軸部材５が圧縮方向（第１方向Ｒ１）に変位したとき、位置制御部材９及びラック部材１１も第１方向Ｒ１に変位する。ここで、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置が図４に示す位置、即ち第１ラック２０がピニオン１２に噛み合いかつ第２ラック２１がピニオン１２から離間する位置であるとき、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置は変わらず、ピニオン１２は第１ラック２０との噛み合いにより累積回転方向Ｒ３に回転する。

一方、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置が図５に示す位置、即ち第２ラック２１がピニオン１２に噛み合いかつ第１ラック２０がピニオン１２から離間する位置であるとき、位置制御部材９は、ラック部材１１の位置が図５に示す位置から図４に示す位置となるように、ラック部材１１を移動させる。具体的には、第２ラック２１の歯２５の歯面２５ｂがピニオン１２の歯１２ａに及ぼす反発力により、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置は、ボス９ｃが長孔１１ａの第１ラック２０側且つ第２方向Ｒ２側となる位置に位置決めされる。即ち、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置は、第１ラック２０がピニオン１２に噛み合いかつ第２ラック２１がピニオン１２から離間する位置に位置決めされ、ピニオン１２は第１ラック２０との噛み合いにより累積回転方向Ｒ３に回転する。

また、累積変位計３において、地震時に軸部材５が引張り方向（第２方向Ｒ２）に変位したとき、位置制御部材９及びラック部材１１も第２方向Ｒ２に変位する。ここで、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置が図５に示す位置、即ち第２ラック２１がピニオン１２に噛み合いかつ第１ラック２０がピニオン１２から離間する位置であるとき、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置は変わらず、ピニオン１２は第２ラック２１との噛み合いにより累積回転方向Ｒ３に回転する。

一方、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置が図４に示す位置、即ち第１ラック２０がピニオン１２に噛み合いかつ第２ラック２１がピニオン１２から離間する位置であるとき、位置制御部材９は、ラック部材１１の位置が図４に示す位置から図５に示す位置となるように、ラック部材１１を移動させる。具体的には、第１ラック２０の歯２４の歯面２４ｂがピニオン１２の歯１２ａに及ぼす反発力により、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置は、ボス９ｃが長孔１１ａの第２ラック２１側且つ第１方向Ｒ１側となる位置に位置決めされる。即ち、位置制御部材９に対するラック部材１１の位置は、第２ラック２１がピニオン１２に噛み合いかつ第１ラック２０がピニオン１２から離間する位置に位置決めされ、ピニオン１２は第２ラック２１との噛み合いにより累積回転方向Ｒ３に回転する。

上述したように、地震時に軸部材５が圧縮方向（第１方向Ｒ１）に変位した場合であっても、引張り方向（第２方向Ｒ２）に変位した場合であっても、ピニオン１２は累積回転方向Ｒ３、即ち一方向に回転する。ピニオン１２の累積回転方向Ｒ３における回転は、入力軸、ギヤボックス２６内のギヤ及び出力軸を介して累積変位量表示部材１０の表示回転軸３１に伝達され、指針３２を反時計回りに回転させ、累積変位量表示部材１０において表示される累積変位量は加算される。

この実施の形態に係る制振ダンパー１及び累積変位計３によれば、機械式で累積変位量を計測することができるため、長時間商用電源が使用できない場所やバッテリー等の電源交換が容易にできない場所であっても、電力が不要であるから累積変位量を良好に計測することができる。また、累積変位計３の構造が複雑でなくシンプルであるから、メンテナンスの頻度を極めて低くすることができ、更に累積変位計３の小型化も図ることができる。

なお、上述の実施の形態に係る累積変位計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。

また、上述の実施の形態に係るピニオン１２に累積回転方向Ｒ３の反対方向への回転を防止するワンウェイクラッチを設ける構成にしてもよい。

また、上述の実施の形態においては、制振ダンパー１が軸降伏型のダンパーである場合を例に挙げて説明したが、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、上述の実施の形態においては、第１ラック２０及び第２ラック２１が第１連結部２２及び第２連結部２３により連結されているが、第１ラック２０が第１方向Ｒ１に変位したとき、第１ラック２０がピニオン１２に噛み合いかつ第２ラック２１がピニオン１２から離間し、第２ラック２１が第２方向Ｒ２に変位したとき、第２ラック２１がピニオン１２に噛み合いかつ第１ラック２０がピニオン１２から離間する構成であれば、第１ラック２０及び第２ラック２１が連結されていなくてもよい。

また、上述の実施の形態においては、歯２４の歯面２４ａ及び２４ｂ並びに歯２５の歯面２５ａ及び２５ｂが異なる形状である場合を例に挙げて説明したが、第１ラック２０が第１方向Ｒ１に変位したとき、第１ラック２０がピニオン１２に噛み合いかつ第２ラック２１がピニオン１２から離間し、第２ラック２１が第２方向Ｒ２に変位したとき、第２ラック２１がピニオン１２に噛み合いかつ第１ラック２０がピニオン１２から離間する構成であれば、歯２４の歯面２４ａ及び２４ｂ並びに歯２５の歯面２５ａ及び２５ｂが異なる形状でなくてもよい。

また、上述の実施の形態においては、歯２４の歯面２４ｂ、歯２５の歯面２５ｂ及び長孔１１ａの傾斜角度が同一である場合を例に挙げて説明したが、歯２４の歯面２４ｂ及び歯２５の歯面２５ｂの傾斜角度と、長孔１１ａの傾斜角度とは、異なる傾斜角度であってもよい。

また、上述の実施の形態においては、ピニオン１２の回転量から計測される累積変位量を出力する出力部材として、累積変位量を表示する累積変位量表示部材１０を例に挙げて説明したが、表示部材以外の累積変位量を出力する部材を備える構成であってもよい。例えば、太陽電池等を動力源とする送信部材を取り付け、累積変位量を送信する構成にしてもよい。

１…制振ダンパー、２…ダンパー本体、３…累積変位計、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…位置制御部材、９ａ…載置面、９ｂ…側壁、９ｃ…ボス、１０…累積変位量表示部材、１１…ラック部材、１１ａ…長孔、１２…ピニオン、１３…連結部材、１４…ケース、１６…固定ベルト、２０…第１ラック、２１…第２ラック、２２…第１連結部、２３…第２連結部、１２ａ，２４，２５…歯、２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ…歯面、２６…ギヤボックス、３１…表示回転軸、３２…指針、３３…表示プレート、４０…橋梁、４１…柱部、４２…上部工、４３…可動支承、４４…柱部ブラケット、４５…上部工ブラケット。

Claims (14)

1. 第１部材に対する第２部材の累積変位量を計測する累積変位計であって、
   前記第２部材に取り付けられ前記第２部材が変位する変位方向に延び、前記変位方向に沿った第１方向側の歯面が凹曲面及び前記第１方向に対して反対方向である第２方向側の歯面が前記変位方向に対して所定の角度を有する傾斜面である歯を有する第１ラックと、
   前記第１ラックと所定の距離を開けて前記第２部材に取り付けられ前記変位方向に延び、前記第１方向側の歯面が前記変位方向に対して所定の角度を有する傾斜面及び前記第２方向側の歯面が凹曲面である歯を有する第２ラックと、
   前記第１ラックと前記第２ラックとの間に位置し、前記第１部材に回転可能に支持され、奇数の歯を有するピニオンと、
   前記ピニオンに対する前記第１ラック及び前記第２ラックの位置を制御する位置制御部材と、
   前記ピニオンの回転量から計測される前記累積変位量を出力する出力部材と、
   を備え、
   前記第２ラックの前記凹曲面の歯面が前記ピニオンの歯に噛み合っている状態で前記第２部材が前記第１方向に変位すると、前記第２ラックの前記凹曲面の歯面と噛み合っていた前記ピニオンの歯が前記第２ラックの前記第２方向側の歯の前記傾斜面の歯面から反発を受けて前記第２ラックが前記ピニオンから離間し前記第１ラックの前記凹曲面の歯面が前記ピニオンの歯に噛み合うように前記位置制御部材により前記ピニオンに対する前記第１ラック及び前記第２ラックの位置が制御されて、前記第１ラックにより前記ピニオンを累積回転方向に回転させ、
   前記第１ラックの前記凹曲面の歯面が前記ピニオンの歯に噛み合っている状態で前記第２部材が前記第２方向に変位すると、前記第１ラックの前記凹曲面の歯面と噛み合っていた前記ピニオンの歯が前記第１ラックの前記第１方向側の歯の前記傾斜面の歯面から反発を受けて前記第１ラックが前記ピニオンから離間し前記第２ラックの前記凹曲面の歯面が前記ピニオンの歯に噛み合うように前記位置制御部材により前記ピニオンに対する前記第１ラック及び前記第２ラックの位置が制御されて、前記第２ラックにより前記ピニオンを前記累積回転方向に回転させることを特徴とする累積変位計。
2. 前記第１ラック及び前記第２ラックは、前記位置制御部材を介して前記第２部材に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の累積変位計。
3. 前記第１ラック及び前記第２ラックは、前記変位方向に対して傾斜する複数の長孔を備え、
   前記位置制御部材は、前記長孔のそれぞれに挿通する複数のボスを備え、前記第２部材の前記変位方向への変位に伴ない前記ボスが前記長孔内を移動することにより前記第１ラック及び前記第２ラックの前記ピニオンに対する位置を制御することを特徴とする請求項２記載の累積変位計。
4. 前記第１ラックの前記傾斜面の前記歯面の前記変位方向に対する傾斜角度、前記第２ラックの前記傾斜面の前記歯面の前記変位方向に対する傾斜角度、及び前記長孔の前記変位方向に対する傾斜角度は、３６度以上５４度以下であることを特徴とする請求項３記載の累積変位計。
5. 前記ピニオンは、前記累積回転方向の反対方向への回転を防止するワンウェイクラッチを有することを特徴とする請求項１～請求項３の何れか一項に記載の累積変位計。
6. 前記出力部材は、前記累積変位量を表示する表示部材であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の累積変位計。
7. 前記第１ラックの前記変位方向における一端部及び前記第２ラックの前記変位方向における一端部を連結する第１連結部と、
   前記第１ラックの前記変位方向における他端部及び前記第２ラックの前記変位方向における他端部を連結する第２連結部と、
   を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の累積変位計。
8. 前記第１部材は、構造物の振動を減衰する制振ダンパーの補剛部材であり、
   前記第２部材は、前記制振ダンパーの軸部材であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の累積変位計。
9. 構造物の振動を減衰する制振ダンパーであって、
   前記振動により変位する軸部材と、
   前記軸部材の座屈を防止する補剛部材と、
   前記補剛部材に対する前記軸部材の累積変位を計測する請求項１または請求項２記載の累積変位計と、
   を備えることを特徴とする制振ダンパー。
10. 前記累積変位計の前記第１ラック及び前記第２ラックは、前記変位方向に対して傾斜する複数の長孔を備え、
    前記累積変位計の前記位置制御部材は、前記長孔のそれぞれに挿通する複数のボスを備え、前記第２部材の前記変位方向への変位に伴ない前記ボスが前記長孔内を移動することにより前記第１ラック及び前記第２ラックの前記ピニオンに対する位置を制御することを特徴とする請求項９記載の制振ダンパー。
11. 前記第１ラックの前記傾斜面の前記歯面の前記変位方向に対する傾斜角度、前記第２ラックの前記傾斜面の前記歯面の前記変位方向に対する傾斜角度、及び前記長孔の前記変位方向に対する傾斜角度は、３６度以上５４度以下であることを特徴とする請求項１０記載の制振ダンパー。
12. 前記累積変位計の前記ピニオンは、前記累積回転方向の反対方向への回転を防止するワンウェイクラッチを有することを特徴とする請求項９記載の制振ダンパー。
13. 前記累積変位計の前記出力部材は、前記累積変位量を表示する表示部材であることを特徴とする請求項９記載の制振ダンパー。
14. 前記累積変位計の前記第１ラックの前記変位方向における一端部及び前記第２ラックの前記変位方向における一端部を連結する第１連結部と、
    前記累積変位計の前記第１ラックの前記変位方向における他端部及び前記第２ラックの前記変位方向における他端部を連結する第２連結部と、
    を備えることを特徴とする請求項９記載の制振ダンパー。

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