(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-17
(45)【発行日】2024-10-25
(54)【発明の名称】回転慣性質量ダンパー
(51)【国際特許分類】
F16F 15/02 20060101AFI20241018BHJP
F16H 25/20 20060101ALI20241018BHJP
F16H 25/22 20060101ALI20241018BHJP
E04H 9/02 20060101ALI20241018BHJP
【ＦＩ】
F16F15/02 C
F16H25/20 E
F16H25/22 Z
E04H9/02 341A
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021084546
(22)【出願日】2021-05-19
(65)【公開番号】P2022178042
(43)【公開日】2022-12-02
【審査請求日】2024-03-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】宮本 皓
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 宏一
【審査官】正木 裕也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１５３４２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０５０５９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２４５７２３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｆ １５／０２
Ｆ１６Ｈ ２５／２０
Ｆ１６Ｈ ２５／２２
Ｅ０４Ｈ ９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに近接離反する方向に相対変位する第１部材と第２部材との間に設置され、前記第１部材と前記第２部材との相対変位を低減させる回転慣性質量ダンパーにおいて、前記第１部材に固定されるボールねじと、
前記第２部材に支持され、前記ボールねじに螺合し、前記ボールねじと前記ボールねじの軸線回りに相対回転して、前記ボールねじと前記ボールねじの軸線方向に相対変位可能なボールねじナットと、
前記第２部材に支持され、前記軸線回りに回転可能な回転慣性質量と、
前記ボールねじナットと前記回転慣性質量との間に設けられ、前記ボールねじナットの回転を前記回転慣性質量に伝達させて前記ボールねじナットと前記回転慣性質量とを一体に回転させる回転伝達機構と、を有し、
前記回転伝達機構は、
前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対変位量の値が第１設定値未満であると前記ボールねじナットの回転を前記回転慣性質量に伝達させない第１回転伝達制限機構と、
前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対加速度の値が第２設定値を超えると、前記ボールねじナットの回転を前記回転慣性質量に伝達させない第２回転伝達制限機構と、を有し、
前記第１回転伝達制限機構は、
前記ボールねじナットに設けられ前記回転伝達機構側に突出する第１突出部と、
前記回転伝達機構に設けられ前記ボールねじナット側に突出し、前記第１突出部の回転軌道上に配置される第２突出部と、を有し、
初期状態では、前記第１突出部と前記第２突出部とは離れて配置され、
前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対加速度の値が前記第２設定値以下であり、かつ前記ボールねじと前記ボールねじナットとが、前記軸線方向の相対変位量の値が前記第１設定値以上となる位置まで相対回転すると、前記第１突出部と前記第２突出部とが互いに係合し、前記ボールねじナットの回転が前記回転伝達機構を介して前記回転慣性質量に伝達し、
前記第１突出部は、前記ボールねじネットに固定されている回転慣性質量ダンパー。
【請求項2】
前記第１突出部は、前記ボールねじナットに周方向に間隔をあけて複数設けられ、前記第２突出部は、前記回転伝達機構に周方向に間隔をあけて複数設けられる請求項１に記載の回転慣性質量ダンパー。
【請求項3】
互いに近接離反する方向に相対変位する第１部材と第２部材との間に設置され、前記第１部材と前記第２部材との相対変位を低減させる回転慣性質量ダンパーにおいて、前記第１部材に固定されるボールねじと、
前記第２部材に支持され、前記ボールねじに螺合し、前記ボールねじと前記ボールねじの軸線回りに相対回転して、前記ボールねじと前記ボールねじの軸線方向に相対変位可能なボールねじナットと、
前記第２部材に支持され、前記軸線回りに回転可能な回転慣性質量と、
前記ボールねじナットと前記回転慣性質量との間に設けられ、前記ボールねじナットの回転を前記回転慣性質量に伝達させて前記ボールねじナットと前記回転慣性質量とを一体に回転させる回転伝達機構と、を有し、
前記回転伝達機構は、
前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対変位量の値が第１設定値未満であると前記ボールねじナットの回転を前記回転慣性質量に伝達させない第１回転伝達制限機構と、
前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対加速度の値が第２設定値を超えると、前記ボールねじナットの回転を前記回転慣性質量に伝達させない第２回転伝達制限機構と、を有し、
前記第１回転伝達制限機構は、
前記ボールねじナットに設けられ前記回転伝達機構側に突出する第１突出部と、
前記回転伝達機構に設けられ前記ボールねじナット側に突出し、前記第１突出部の回転軌道上に配置される第２突出部と、を有し、
前記第１突出部は、前記ボールねじナットに周方向に間隔をあけて複数設けられ、
前記第２突出部は、前記回転伝達機構に周方向に間隔をあけて複数設けられる回転慣性質量ダンパー。
【請求項4】
前記第１設定値は、５ｍｍ以上４０ｍｍ以下とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転慣性質量ダンパー。
【請求項5】
前記第２回転伝達制限機構は、前記回転伝達機構における前記回転慣性質量の端面と対向する位置に設けられた摩擦板と、
前記摩擦板を前記回転慣性質量の端面に押し付けるバネ部と、を有し、
前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対変位量の値が第１設定値以上であり、かつ前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対加速度が前記第２設定値以下であると、前記摩擦板と前記回転慣性質量との間に摩擦力によって前記ボールねじナットの回転が前記回転伝達機構を介して前記回転慣性質量に伝達し、
前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対加速度が前記第２設定値を超えると、前記回転伝達機構と前記回転慣性質量とが相対回転し、前記ボールねじナットの回転が前記回転慣性質量に伝達しないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転慣性質量ダンパー。
【請求項6】
前記第２設定値は、０．５ｍ／ｓ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ／ｓ以下とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転慣性質量ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転慣性質量ダンパーに関する。
【背景技術】
【0002】
大きな質量を付加することにより揺れを低減する同調マスダンパー（ＴＭＤ）が多くの構造物（建築物）に適用されている。同調マスダンパーは、付加した質量が、制御対象と逆方向に揺れることで振動を相殺し、即座に揺れを収束させることが可能である。同調マスダンパーは、付加する質量が大きくなるほど、より高い振動制御効果を得られることが知られている。近年、錘を回転させることで大質量を付加した時と同様の効果を得る回転慣性質量ダンパーが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１２－１８９１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
長周期パルス状の地震波が生じた場合に、回転慣性質量ダンパーの制御力が瞬間的に大きくなるため、構造物の応答加速度が増大する虞がある。また、低振幅の高周波数の地震波が生じた場合に、回転慣性質量ダンパーが低振幅の高周波数の地震波を伝達させることによって、構造物が小刻みに揺れ、構造物の居住性に悪影響をもたらす虞がある。
【0005】
本発明は、長周期パルス状の地震波が生じた場合に制御力が瞬間的に大きくなることを防止することができるとともに、低振幅の高周波数の地震波の伝達を遮断することができる回転慣性質量ダンパーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明に係る回転慣性質量ダンパーは、互いに近接離反する方向に相対変位する第１部材と第２部材との間に設置され、前記第１部材と前記第２部材との相対変位を低減させる回転慣性質量ダンパーにおいて、前記第１部材に固定されるボールねじと、前記第２部材に支持され、前記ボールねじに螺合し、前記ボールねじと前記ボールねじの軸線回りに相対回転して、前記ボールねじと前記ボールねじの軸線方向に相対変位可能なボールねじナットと、前記第２部材に支持され、前記軸線回りに回転可能な回転慣性質量と、前記ボールねじナットと前記回転慣性質量との間に設けられ、前記ボールねじナットの回転を前記回転慣性質量に伝達させて前記ボールねじナットと前記回転慣性質量とを一体に回転させる回転伝達機構と、を有し、前記回転伝達機構は、前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対変位量の値が第１設定値未満であると前記ボールねじナットの回転を前記回転慣性質量に伝達させない第１回転伝達制限機構と、前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対加速度の値が第２設定値を超えると、前記ボールねじナットの回転を前記回転慣性質量に伝達させない第２回転伝達制限機構と、を有する。
【0007】
本発明では、第１設定値を低振幅の高周波数の地震波が生じた場合のボールねじとボールねじナットとの相対変位量よりも大きい値に設定することにより、低振幅の高周波数の地震波が生じた場合にボールねじナットの回転が回転慣性質量に伝達しないため、低振幅の高周波数の地震波の伝達を遮断することができる。
第２設定値を長周期パルス状の地震波が生じた場合のボールねじとボールねじナットとの軸線方向の相対加速度の値に設定することにより、長周期パルス状の地震波が生じた場合にボールねじナットの回転が回転慣性質量に伝達しないため、長周期パルス状の地震波が生じた場合に制御力が瞬間的に大きくなることを防止することができる。
第２設定値を長周期パルス状の地震波が生じた場合のボールねじとボールねじナットとの軸線方向の相対加速度の値に設定することにより、長周期パルス状の地震波が生じた場合にボールねじナットの回転が回転慣性質量に伝達しないため、長周期パルス状の地震波が生じた場合に制御力が瞬間的に大きくなることを防止することができる。
【0008】
また、本発明に係る回転慣性質量ダンパーでは、前記第１回転伝達制限機構は、前記ボールねじナットに設けられ前記回転伝達機構側に突出する第１突出部と、前記回転伝達機構に設けられ前記ボールねじナット側に突出し、前記第１突出部の回転軌道上に配置される第２突出部と、を有し、初期状態では、前記第１突出部と前記第２突出部とは離れて配置され、前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対加速度の値が前記第２設定値以下であり、かつ前記ボールねじと前記ボールねじナットとが、前記軸線方向の相対変位量の値が前記第１設定値以上となる位置まで相対回転すると、前記第１突出部と前記第２突出部とが互いに係合し、前記ボールねじナットの回転が前記回転伝達機構を介して前記回転慣性質量に伝達するようにしてもよい。
【0009】
このような構成とすることにより、第１設定値に応じて第１突出部および第２突出部を設ける位置を調整することで第１回転伝達制限機構を容易に設けることができる。第１回転伝達制限機構を簡便な構造とすることができる。
【0010】
また、本発明に係る回転慣性質量ダンパーでは、前記第１突出部は、前記ボールねじナットに周方向に間隔をあけて複数設けられ、前記第２突出部は、前記回転伝達機構に周方向に間隔をあけて複数設けられていてもよい。
【0011】
このような構成とすることにより、第１突出部および第２突出部の数を調整することにより、第１突出部および第２突出部を第１設定値に応じた位置に容易に設置することができる。また、第１突出部および第２突出部がそれぞれ複数設けられていることにより、ボールねじナットの回転を回転伝達機構へ安定した状態で伝達することができる。
【0012】
また、本発明に係る回転慣性質量ダンパーでは、前記第１設定値は、５ｍｍ以上４０ｍｍ以下としてもよい。
【0013】
このような構成とすることにより、低振幅の高周波数の地震波が生じた場合にボールねじナットの回転が回転慣性質量に伝達しないため、低振幅の高周波数の地震波の伝達を遮断することができる。
【0014】
また、本発明に係る回転慣性質量ダンパーでは、前記第２回転伝達制限機構は、前記回転伝達機構における前記回転慣性質量の端面と対向する位置に設けられた摩擦板と、前記摩擦板を前記回転慣性質量の端面に押し付けるバネ部と、を有し、前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対変位量が第１設定値以上であり、かつ前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対加速度が前記第２設定値以下であると、前記摩擦板と前記回転慣性質量との間に摩擦力によって前記ボールねじナットの回転が前記回転伝達機構を介して前記回転慣性質量に伝達し、前記ボールねじと前記ボールねじナットとの前記軸線方向の相対加速度が前記第２設定値を超えると、前記回転伝達機構と前記回転慣性質量とが相対回転し、前記ボールねじナットの回転が前記回転慣性質量に伝達しないようにしてもよい。
【0015】
このような構成とすることにより、摩擦板およびバネ部の形態や数を調整することで第２回転伝達制限機構を容易に設けることができる。第２回転伝達制限機構を簡便な構造とすることができる。
【0016】
また、本発明に係る回転慣性質量ダンパーでは、前記第２設定値は、０．５ｍ／ｓ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ／ｓ以下としてもよい。
【0017】
このような構成とすることにより、長周期パルス状の地震波が生じた場合にボールねじナットの回転が回転慣性質量に伝達しないため、長周期パルス状の地震波が生じた場合に制御力が瞬間的に大きくなることを防止することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、長周期パルス状の地震波が生じた場合に制御力が瞬間的に大きくなることを防止することができるとともに、低振幅の高周波数の地震波の伝達を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図5】第１突出部と第２突出部とが接触している様子を示す図である。
【図6】解析における入力波形（ＪＭＡ Ｋｏｂｅ波）を示すグラフである。
【図7】解析における応答加速度を示すグラフである。
【図8】リミッター加速度およびギャップ量と、最大相対変位との比較を示すコンター図である。
【図9】リミッター加速度およびギャップ量と、最大加速度との比較を示すコンター図である。
【図10】回転伝達機構の第１突出部および第２突出部が２つずつ設けられた回転慣性質量ダンパーを示す図である。
【図11】回転伝達機構の第１突出部および第２突出部が４つずつ設けられた回転慣性質量ダンパーを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施形態による回転慣性質量ダンパーについて、図１－図７に基づいて説明する。
図１に示す本実施形態による回転慣性質量ダンパー１は、建築物などの構造物に設けられた相対変位可能な柱と梁などの第１部材と第２部材との間に設けられている。回転慣性質量ダンパー１は、第１部材と第２部材との相対変位を低減するために設けられている。
図１に示す本実施形態による回転慣性質量ダンパー１は、建築物などの構造物に設けられた相対変位可能な柱と梁などの第１部材と第２部材との間に設けられている。回転慣性質量ダンパー１は、第１部材と第２部材との相対変位を低減するために設けられている。
【0021】
図１－４に示すように、回転慣性質量ダンパー１は、ボールねじ２と、ボールねじ２に螺合するボールねじナット３と、回転慣性質量４と、ボールねじナット３の回転を回転慣性質量４に伝達させる回転伝達機構５と、ボールねじ２、ボールねじナット３、回転慣性質量４および回転伝達機構５を収容しボールねじナット３および回転慣性質量４を回転可能に支持する支持部６と、を有している。
【0022】
回転慣性質量４は、円筒状の部材で、ボールねじ２が貫通している。回転慣性質量４とボールねじ２とは接触していない。ボールねじ２、ボールねじナット３および回転慣性質量４は、同軸に配置されている。これらの軸線１ａが延びる方向を軸線方向（図の矢印Ａの方向）とする。ボールねじナット３および回転慣性質量４は、支持部６に軸線回りに回転可能に支持されている。ボールねじ２は、第１部材に固定され、支持部６は第２部材に固定されている。ボールねじナット３および回転慣性質量４は、支持部６を介して第２部材に軸線回りに回転可能に支持されている。
【0023】
ボールねじ２とボールねじナット３とは、軸線方向に相対変位可能である。ボールねじ２とボールねじナット３とは、軸線方向に相対変位すると、ボールねじナット３がボールねじ２に対して軸線回りに回転する。すなわち、ボールねじ２とボールねじナット３とは、軸線回りに相対回転可能である。
【0024】
支持部６は、例えばボールねじ２、ボールねじナット３、回転慣性質量４および回転伝達機構５を収容する円筒状の部材である。支持部６は、ボールねじ２、ボールねじナット３および回転慣性質量４と同軸に配置されている。支持部６の内周面６１は、回転慣性質量４の外周面４１と間隔をあけて対向している。支持部６の内周面６１には、複数のボールキャスター６２が取り付けられている。ボールキャスター６２は、回転慣性質量４の外周面４１と接触している。回転慣性質量４は、ボールキャスター６２のボールが回転することで、支持部６の内部で軸線回りにスムーズに回転することができる。
【0025】
ボールねじナット３と回転慣性質量４とは、軸線方向に配列されている。回転慣性質量４に対してボールねじナット３が配置されている側を軸線方向の一方側とし、ボールねじナット３に対して回転慣性質量４が配置されている側を軸線方向の他方側とする。回転慣性質量４は、ボールねじナット３よりも径が大きい。ボールねじナット３と回転慣性質量４とは、軸線回りに相対回転可能に構成されている。回転慣性質量４の軸線方向の他方側の端面は、支持部６に設けられたボールキャスター６２に接触している。
【0026】
図１、図２に示すように、回転伝達機構５は、円環板状の円環板部５１と、円環板部５１に取り付けられた摩擦板５２およびバネ部５３と、ボールねじナット３に設けられた第１突出部５４と、円環板部５１に設けられた第２突出部５５と、を有している。
【0027】
円環板部５１は、ボールねじナット３を囲むとともに回転慣性質量４の軸線方向の一方側となる位置に、ボールねじ２、ボールねじナット３および回転慣性質量４と同軸に配置されている。本実施形態では、円環板部５１は、軸線方向の他方側の端部の外周を囲むように配置されている。円環板部５１の内周面５１１とボールねじナット３の外周面３１との間には隙間が設けられている。円環板部５１の軸線方向の他方側の面５１２は、回転慣性質量４の軸線方向の一方側の端面４２と対向している。
【0028】
円環板部５１の外周面５１３は、支持部６の内周面６１と間隔をあけて対向している。円環板部５１の外周面５１３は、支持部６の内周面６１に取り付けられた複数のボールキャスター６２と接触している。円環板部５１は、ボールキャスター６２のボールが回転することで、支持部６の内部で軸線回りにスムーズに回転することができる。円環板部５１の軸線方向の一方側の端面は、支持部６に設けられたボールキャスター６２に接触している。円環板部５１は、ボールねじナット３および回転慣性質量４と連結されていない。
【0029】
円環板部５１には、軸線方向の他方側（回転慣性質量４側）に開口する凹部５１４が周方向に間隔をあけて複数設けられている。複数の凹部５１４それぞれには、複数の皿ばねなどで構成されたバネ部５３が配置されている。複数のバネ部５３それぞれの軸線方向の他方側には、摩擦板５２が設けられている。摩擦板５２は、板面が軸線方向を向く向きに配置されている。摩擦板５２は、バネ部５３と回転慣性質量４の軸線方向の一方側の端面４２との間に配置され、回転慣性質量４の軸線方向の一方側の端面４２にバネ部５３によって押し付けられる。
【0030】
第１突出部５４は、ボールねじナット３の外周面３１から外側に突出している。第１突出部５４の先端５４１は、円環板部５１の内周面５１１と離れている。第２突出部５５は、円環板部５１の内周面５１１から内側に突出している。第２突出部５５の先端５５１は、ボールねじナット３の外周面３１と離れている。第１突出部５４と第２突出部５５とは、ボールねじナット３および円環板部５１の軸線を中心とする同一の円周上に配置されている。このため、第１突出部５４と、第２突出部５５とは、ボールねじナット３と円環板部５１とが軸線回りに相対回転すると、それぞれの周方向を向く側面５４２，５５２が接触するように配置されている。第２突出部５５には、周方向を向く側面５５２（第１突出部５４と接触する面）に、衝撃吸収材５５３が設けられている。第２突出部５５に衝撃吸収材５５３が設けられていることにより、第１突出部５４と第２突出部５５とが接触した際の衝撃が吸収される。衝撃吸収材５５３は、粘性材料や弾性材料で製作されている。なお、衝撃吸収材は、第２突出部５５に代わって第１突出部５４に設けられていてもよいし、第１突出部５４および第２突出部５５の両方に設けられていてもよい。
【0031】
摩擦板５２、バネ部５３および第２突出部５５は、円環板部５１に設けられている。第１突出部５４は、ボールねじナット３に設けられている。回転伝達機構５のうち、円環板部５１、摩擦板５２、バネ部５３および第２突出部５５を回転伝達機構本体部５６とする。
【0032】
本実施形態では、第１突出部５４および第２突出部５５がそれぞれ１つずつ設けられている。
図２に示すように、初期状態では、第１突出部５４と第２突出部５５とは軸線回りに１８０°離れた位置に配置されている。この初期状態から第１部材と第２部材とが軸線方向に相対変位すると、ボールねじ２に対してボールねじナット３が軸線回りに回転し、ボールねじナット３と回転伝達機構本体部５６とが相対回転する。初期状態から図５に示すように第１突出部５４が第２突出部５５に対して軸線回りに１８０°近く回転すると、第１突出部５４と第２突出部５５とが接触する。これにより、ボールねじナット３の回転が第１突出部５４を介して回転伝達機構本体部５６に伝達され、ボールねじナット３と回転伝達機構本体部５６とが一体となって回転する。
図２に示すように、初期状態では、第１突出部５４と第２突出部５５とは軸線回りに１８０°離れた位置に配置されている。この初期状態から第１部材と第２部材とが軸線方向に相対変位すると、ボールねじ２に対してボールねじナット３が軸線回りに回転し、ボールねじナット３と回転伝達機構本体部５６とが相対回転する。初期状態から図５に示すように第１突出部５４が第２突出部５５に対して軸線回りに１８０°近く回転すると、第１突出部５４と第２突出部５５とが接触する。これにより、ボールねじナット３の回転が第１突出部５４を介して回転伝達機構本体部５６に伝達され、ボールねじナット３と回転伝達機構本体部５６とが一体となって回転する。
【0033】
初期状態から第１突出部５４が第２突出部５５に対して軸線回りに１８０°近く回転して第１突出部５４と第２突出部５５とを接触させるためのボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対変位量の値を第１設定値とする。ボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対変位量は、第１部材と第２部材との軸線方向の相対変位量と同じ値である。
【0034】
図１－図３に示す回転伝達機構本体部５６と回転慣性質量４とは、回転伝達機構本体部５６の摩擦板５２が回転慣性質量４に押し付けられているため、摩擦板５２と回転慣性質量４との摩擦力によって回転伝達機構本体部５６のトルクが回転慣性質量４に伝達される。これにより、回転伝達機構本体部５６と回転慣性質量４とが一体となって回転する。回転伝達機構本体部５６のトルクが所定値を超えると、回転伝達機構本体部５６の摩擦板５２が回転慣性質量４に対してスリップし、回転伝達機構本体部５６のトルクが回転慣性質量４に伝達されない。これにより、回転伝達機構本体部５６が回転しても回転慣性質量４は回転しない。
【0035】
回転伝達機構本体部５６が回転するには、ボールねじナット３の第１突出部５４と回転伝達機構本体部５６の第２突出部５５とが接触している必要があるため、ボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対変位量の値は第１設定値以上である。回転伝達機構本体部５６の摩擦板５２が回転慣性質量４に対してスリップするトルクが生じるためのボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対加速度の値を第２設定値とする。ボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対加速度は、第１部材と第２部材との軸線方向の相対加速度と同じ値である。
【0036】
本実施形態の第１突出部５４および第２突出部５５は、ボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対変位量の値が第１設定値未満であるとボールねじナット３の回転を回転慣性質量４に伝達させず、ボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対変位量の値が第１設定値以上であるとボールねじナット３の回転を回転慣性質量４に伝達させる第１回転伝達制限機構７に相当する。本実施形態のバネ部５３および摩擦板５２は、ボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対加速度の値が第２設定値以下であると、ボールねじナット３の回転を回転慣性質量４に伝達させ、ボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対加速度の値が第２設定値を超えると、ボールねじナット３の回転を回転慣性質量４に伝達させない第２回転伝達制限機構８に相当する。
【0037】
次に、上記の実施形態による回転慣性質量ダンパー１の作用・効果について説明する。
本実施形態による回転慣性質量ダンパー１では、第１設定値を低振幅の高周波数の地震波が生じた場合のボールねじ２とボールねじナット３との相対変位量よりも大きい値に設定することにより、低振幅の高周波数の地震波が生じた場合にボールねじナット３の回転が回転慣性質量４に伝達しないため、低振幅の高周波数の地震波の伝達を遮断することができる。例えば、第１設定値を５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定することにより、低振幅の高周波数の地震波の伝達を遮断することができる。
第２設定値を長周期パルス状の地震波が生じた場合のボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対加速度の値に設定することにより、長周期パルス状の地震波が生じた場合にボールねじナット３の回転が回転慣性質量４に伝達しないため、長周期パルス状の地震波が生じた場合に制御力が瞬間的に大きくなることを防止することができる。
本実施形態による回転慣性質量ダンパー１では、第１設定値を低振幅の高周波数の地震波が生じた場合のボールねじ２とボールねじナット３との相対変位量よりも大きい値に設定することにより、低振幅の高周波数の地震波が生じた場合にボールねじナット３の回転が回転慣性質量４に伝達しないため、低振幅の高周波数の地震波の伝達を遮断することができる。例えば、第１設定値を５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定することにより、低振幅の高周波数の地震波の伝達を遮断することができる。
第２設定値を長周期パルス状の地震波が生じた場合のボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対加速度の値に設定することにより、長周期パルス状の地震波が生じた場合にボールねじナット３の回転が回転慣性質量４に伝達しないため、長周期パルス状の地震波が生じた場合に制御力が瞬間的に大きくなることを防止することができる。
【0038】
また、本実施形態による回転慣性質量ダンパー１では、第１回転伝達制限機構７は、ボールねじナット３に設けられ回転伝達機構５側に突出する第１突出部５４と、回転伝達機構５に設けられボールねじナット３側に突出し、第１突出部５４の回転軌道上に配置される第２突出部５５と、を有し、初期状態では、第１突出部５４と第２突出部５５とは離れて配置され、ボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対加速度の値が第２設定値以下であり、かつボールねじ２とボールねじナット３とが、軸線方向の相対変位量の値が第１設定値以上となる位置まで相対回転すると、第１突出部５４と第２突出部５５とが互いに係合し、ボールねじナット３の回転が回転伝達機構５を介して回転慣性質量４に伝達するように構成されている。
【0039】
このような構成とすることにより、第１設定値に応じて第１突出部５４および第２突出部５５を設ける位置を調整することで第１回転伝達制限機構７を容易に設けることができる。第１回転伝達制限機構７を簡便な構造とすることができる。
【0040】
また、本実施形態による回転慣性質量ダンパー１では、第２回転伝達制限機構８は、回転伝達機構５における回転慣性質量４の端面と対向する位置に設けられた摩擦板５２と、摩擦板５２を回転慣性質量４の端面に押し付けるバネ部５３と、を有し、ボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対変位量が第１設定値以上であり、かつボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対加速度が第２所定値以下であると、摩擦板５２と回転慣性質量４との間に摩擦力によってボールねじナット３の回転が回転伝達機構５を介して回転慣性質量４に伝達し、ボールねじ２とボールねじナット３との軸線方向の相対加速度が第２所定値を超えると、回転伝達機構５と回転慣性質量４とが相対回転し、ボールねじナット３の回転が回転慣性質量４に伝達しないよう構成されている。
【0041】
このような構成とすることにより、摩擦板５２およびバネ部５３の形態や数を調整することで第２回転伝達制限機構８を容易に設けることができる。第２回転伝達制限機構８を簡便な構造とすることができる。
【0042】
次に、上記の本発明による回転慣性質量ダンパー１の妥当性を、解析を行い検証する。
解析では、固有周期３．３ｓ、減衰定数１０％となる免震構造物を対象として、（１）従来の回転慣性質量ダンパー１、（２）本発明による回転慣性質量ダンパー１の２つに対して検討した。解析では、特に、高周波数での影響に着目するため、図６に示す兵庫県南部地震の観測波形（ＪＭＡ Ｋｏｂｅ波）を入力した際の応答の比較を行う。
解析では、固有周期３．３ｓ、減衰定数１０％となる免震構造物を対象として、（１）従来の回転慣性質量ダンパー１、（２）本発明による回転慣性質量ダンパー１の２つに対して検討した。解析では、特に、高周波数での影響に着目するため、図６に示す兵庫県南部地震の観測波形（ＪＭＡ Ｋｏｂｅ波）を入力した際の応答の比較を行う。
【0043】
図７に示す応答解析結果により、本発明による回転慣性質量ダンパー１は、第１回転伝達制限機構７および第２回転伝達制限機構８を有することにより、加速度波形のうち、小刻みに揺れる成分（高周波成分）を取り除き、さらに、応答加速度の値を低減できていることが分かる。
【0044】
続いて、振動低減効果に対して有効となる第１設定値および第２設定値の検証を行う。
図８、図９のコンター図に、第１設定値（ギャップ量）および第２設定値（リミッター加速度）と、最大変位（最大相対変位量）および最大加速度（最大相対加速度）との相関を示す。本解析では、目標となる最大変位を０．３ｍ未満、目標となる最大加速度を２．５ｍ／ｓ／ｓ未満とし、図中の白部分がそれぞれの応答で許容できる部分を示す。
図８、図９のコンター図に、第１設定値（ギャップ量）および第２設定値（リミッター加速度）と、最大変位（最大相対変位量）および最大加速度（最大相対加速度）との相関を示す。本解析では、目標となる最大変位を０．３ｍ未満、目標となる最大加速度を２．５ｍ／ｓ／ｓ未満とし、図中の白部分がそれぞれの応答で許容できる部分を示す。
【0045】
図８、図９より、第１設定値（ギャップ量）は０．０２～０．０４ｍ、第２設定値（リミッター加速度）は０．５ｍ／ｓ／ｓ～１．５ｍ／ｓ／ｓの範囲が、目標とする性能を満たす組みあわせであることが分かる。したがって、第１回転伝達制限機構７および第２回転伝達制限機構８のいずれか一方のみを有する回転慣性質量ダンパー１では、目標となる振動制御性能は得られない可能性があり、これら２つを適切な量に設定することにより、絶対加速度および、変位に対して、適切な振動制御性能が得られることがわかる。
【0046】
第２設定値の範囲が０．５ｍ／ｓ／ｓ～１．５ｍ／ｓ／ｓということにより、第２回転伝達制限機構８の力の下限値ｆ１、上限値ｆ２は、以下のように示される。ｍ２は、回転慣性質量ダンパー１を取り付ける構造物の重量を示す。
ｆ１＝０．５ｍ２
ｆ２＝１．５ｍ２
ｆ１＝０．５ｍ２
ｆ２＝１．５ｍ２
【0047】
上記の０．５および１．５は、応答加速度の下限値０．５ｍ／ｓ／ｓおよび上限値１．５ｍ／ｓ／ｓに対応する数値となっている。すなわち、図８、図９の横軸（リミッター加速度）の数字に、回転慣性質量ダンパー１を取り付ける構造物の重量ｍ２を乗じた値がそのまま力となる。
なお、ここで、図８は色の濃い部分は、応答変位が大きいケースを示し、図９においては、色が濃い部分は応答加速度が大きいケースを示している。図９より、リミッター加速度（つまり横軸の数字をｍ２倍した数字はそのままリミッター力になる）が小さければ、小さい領域は白色となり、応答加速度は小さくなる。しかし、一方で、図８より、リミッター加速度が小さければ小さいほど、色は黒色となり、応答変位は増加する。したがって、単にリミッター加速度が小さければ小さいほど良い性能が得られというわけではなく、両者の兼ね合いを考慮することで、変位および加速度を許容範囲に収めることができることがわかる。
なお、ここで、図８は色の濃い部分は、応答変位が大きいケースを示し、図９においては、色が濃い部分は応答加速度が大きいケースを示している。図９より、リミッター加速度（つまり横軸の数字をｍ２倍した数字はそのままリミッター力になる）が小さければ、小さい領域は白色となり、応答加速度は小さくなる。しかし、一方で、図８より、リミッター加速度が小さければ小さいほど、色は黒色となり、応答変位は増加する。したがって、単にリミッター加速度が小さければ小さいほど良い性能が得られというわけではなく、両者の兼ね合いを考慮することで、変位および加速度を許容範囲に収めることができることがわかる。
【0048】
以上、本発明による回転慣性質量ダンパーの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、第１回転伝達制限機構７は、ボールねじナット３に設けられ回転伝達機構５側に突出する第１突出部５４と、回転伝達機構５に設けられボールねじナット３側に突出し、第１突出部５４の回転軌道上に配置される第２突出部５５と、が１つずつ設けられている。これに対し、第１突出部５４をボールねじナット３に周方向に等間隔をあけて複数設け、第２突出部５５を回転伝達機構５に周方向に等間隔をあけて複数設けてもよい。図１０には、第１突出部５４および第２突出部５５がそれぞれ２つずつ設けられた回転慣性質量ダンパー１を示し、図１１には、第１突出部５４および第２突出部５５がそれぞれ４つずつ設けられた回転慣性質量ダンパー１を示す。
例えば、上記の実施形態では、第１回転伝達制限機構７は、ボールねじナット３に設けられ回転伝達機構５側に突出する第１突出部５４と、回転伝達機構５に設けられボールねじナット３側に突出し、第１突出部５４の回転軌道上に配置される第２突出部５５と、が１つずつ設けられている。これに対し、第１突出部５４をボールねじナット３に周方向に等間隔をあけて複数設け、第２突出部５５を回転伝達機構５に周方向に等間隔をあけて複数設けてもよい。図１０には、第１突出部５４および第２突出部５５がそれぞれ２つずつ設けられた回転慣性質量ダンパー１を示し、図１１には、第１突出部５４および第２突出部５５がそれぞれ４つずつ設けられた回転慣性質量ダンパー１を示す。
【0049】
このような構成とすることにより、第１突出部５４および第２突出部５５の数を調整することにより、第１突出部５４および第２突出部５５を第１設定値に応じた位置に容易に設置することができる。また、第１突出部５４および第２突出部５５がそれぞれ複数設けられていることにより、ボールねじナット３の回転を回転伝達機構５へ安定した状態で伝達することができる。
【0050】
また、本実施形態による回転慣性質量ダンパー１では、第２回転伝達制限機構８のバネ部５３は皿ばねであるが、皿ばね以外のばねで構成されていてもよい。
【0051】
また、本実施形態による回転慣性質量ダンパー１では、第１設定値は、５ｍｍ以上４０ｍｍ以下とし、第２設定値は、０．５ｍ／ｓ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ／ｓ以下としているが、これ以外の値に設定されていてもよい。
【符号の説明】
【0052】
１ 回転慣性質量ダンパー
２ ボールねじ
３ ボールねじナット
４ 回転慣性質量
５ 回転伝達機構
７ 第１回転伝達制限機構
８ 第２回転伝達制限機構
４２ 端面
５２ 摩擦板
５３ バネ部
５４ 第１突出部
５５ 第２突出部
２ ボールねじ
３ ボールねじナット
４ 回転慣性質量
５ 回転伝達機構
７ 第１回転伝達制限機構
８ 第２回転伝達制限機構
４２ 端面
５２ 摩擦板
５３ バネ部
５４ 第１突出部
５５ 第２突出部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】