JP6778592B2 - マスダンパー - Google Patents
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Description
地震等による加速度レベルが大きいと、対象構造物が損傷をうけたり、対象構造物の中にあるものが予想を越えて加速度を受けたり、予想を超える変位をうけたりする。
そこで、基礎から対象構造物へ伝達する振動エネルギーを減少させて振動を免震する免震装置、または対象構造物が振動した際に振動エネルギーを吸収し振動レベルを小さくして振動を制振する制振装置として各種の構造の装置が試されている。
構造とその構造を構成する要素の諸元を適正に設定することにより、所望の免震性能や制振性能を発揮できる。
マスダンパーは、直動軸を所定の相対加速度で直動変位させたさいに作用する反力を直動変位の相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量mrとを持つ。
粘性マスダンパーは、直動軸を所定の相対加速度で直動変位させたさいに作用する反力を直動変位の相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量mrと直動軸を一定の相対速度で直動変位させた際に作用する反力を相対速度で割った値に対応する減衰係数cとを持つ。
バネ付き粘性マスダンパーは、バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を相対距離で割った値である弾性係数kbと粘性マスダンパーの直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに直動方向に作用する反力を相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量mrとに対応するダンパー固有振動数ωrと粘性マスダンパーの直動軸を一定の相対速度で直動させた際に直動方向に作用する反力を相対速度で割った値に対応する減衰係数cとを持つ。
回転部材の回転慣性能率に対応した回転反力が発生する。回転反力は雄ねじと雌ねじの作用で直動変位する方向の反力に変換される。
回転部材が回転すると回転部材とフレームとの隙間に封入した粘性流体に剪断力が生じ、その剪断力に対応した回転反力が発生する。回転反力は、雄ねじと雌ねじの作用で直動変位する方向の反力に変換される。
この慣性力と剪断力による反力は回転部材の質量と粘性流体の量に比較してみかけ上の大きな質量と大きなダンパーにより組み合わされた質量系としての動特性をもつ。
粘性マスダンパーと弾性体が直列接続されるので、見掛け上の大きな質量と大きなダンパーにより組み合わされたバネマス系としての振動特性をもつ。
粘性マスダンパーは質量要素と粘性要素を備える。
質量要素は加速度に依存して反力を発生する。大地震が発生した時、過大な反力により、ダンパー自身や接合部に損傷を与える可能性がある。伝達制限手段はこれらの損傷を抑制させるために慣性力を発揮する回転部材にトルクを伝達させないように備えられたもので、回転する部材と固定される部材との間の円周方向に複数個設置される。
伝達制限手段は、押圧パッドと皿ばねと調整ボルトとで構成される。例えば、押圧パッドはPTFEなどの摩擦材である。押圧パッドは皿ばねを介して調整ボルトで摩擦材に軸力を与えることで回転部材がすべりはじめるトルクまたはネジ軸方向の軸力を設定することができる。摩擦材が回転すべり変位に応じた摩擦抵抗を発揮するため、摩擦ダンパーの役割も期待できる。摩擦抵抗は軸力制限荷重に対応する。
この摩擦抵抗の設定は、建造物の振動抑制効果に大きな影響を与える。地震動の振動特性や入力レベルによって、軸力制限荷重を任意に変えることができることが望ましい。従来の構造では、一つの軸力制限荷重しか設定できず、様々な地震動特性に対して粘性マスダンパーの効果を十分に発揮できない。
一方で摩擦ダンパーとしても機能を発揮させた場合、大地震では摩擦材の発熱により軸力制限が安定的に発揮できない。
本願発明は、上記の点に着目し、構造物の振動抑制効果を保持させるために、様々な地震動の振動特性や入力レベルに応じて、摩擦材に与える軸力を任意に可変にすることができるマスダンパーを提供しようとする。
非特許文献1、非特許文献2には、地震動の振動特性や入力レベルによって最適な軸力制限荷重が存在することが開示される。
伝達制限部材は、前記回転部材と前記フライホイール部材の間での伝達可能なトルクを制限できる部材である。フレームは、前記回転部材と前記フライホイール部材とを回転自在に各々に支持する。前記伝達制限部材の摩擦部材は、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの一方の部材である第一部材に接触し摩擦力を発生する。前記伝達制限部材のアクチエータは、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの他方の部材である第二部材に支持されて前記摩擦部材を前記第一部材に所定の押付け力で押付ける。制御装置は、前記アクチエータを制御する。
その結果、直動軸が直動変位の方向に相対移動するときに、回転部材の回転が第二部材に支持されるアクチエータに所定の押付け力で押付けられる前記摩擦部材と第一部材との間に発生する摩擦力に対応するトルクで前記フライホイール部材に伝達されて、アクチエータの発生する押付け力に対応して直動軸の直動方向の相対変位に対応して前記フライホイール部材が回転する。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記アクチエータの圧電素子は、一対の端子に印可される電圧に対応して伸長または短縮する。前記制御装置が、前記圧電端子の一対の端子に電圧を印加する電気回路を持つ。前記電気回路が前記圧電素子の一対の端子に電圧を印加して前記圧電素子を伸長または圧縮させて前記摩擦部材を前記第一部材に押付けできる。
その結果、前記圧電素子の一対の端子に印加される電圧に対応して前記圧電素子を伸長または圧縮させて前記摩擦部材を前記第一部材に押付けできる。
。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記アクチエータの圧電素子は、一対の端子に印可される電圧に対応して伸長または圧縮する。前記アクチエータのバネ部材は、該圧電素子と前記摩擦部材との間に位置し所定のバネ定数をもち与圧縮される。前記制御装置の電気回路は、前記圧電端子の一対の端子に電圧を印加する。前記電気回路が前記圧電素子の一対の端子に電圧を印加して前記圧電素子を伸長または短縮させて与圧縮された前記バネ部材を介して前記摩擦部材を前記第一部材に押付けできる。
その結果、前記圧電素子の一対の端子に印加される電圧に対応して前記圧電素子を伸長または圧縮させてバネ部材を押し、前記バネ部材が前記摩擦部材を前記第一部材に押付けできる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記制御装置が前記押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して変化させる。
その結果、基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して直動軸の直動方向の相対変位に対応して前記フライホイール部材が回転する。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記制御装置がアクチエータの発生する前記押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が大きくなるのに対応して大きくなる様に変化させる。前記制御装置がアクチエータの発生する前記押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が小さくなるのに対応して小さくなる様に変化させる。
その結果、基礎に生ずる加速度が大きいときに押し付け力が大きくフライホイール部材の回転による見かけの質量が大きく、基礎に生ずる加速度が小さいときに押し付け力が小さくフライホイール部材の回転による見かけの質量が小さくなる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記制御装置が前記圧電素子の伸長または短縮を制御してアクチエータの発生する前記押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が大きくなるのに対応して大きくなる様に変化させる。前記制御装置が前記圧電素子の伸長または短縮を制御してアクチエータの発生する前記押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が小さくなるのに対応して小さくなる様に変化させる。
その結果、基礎に生ずる加速度が大きいときに押し付け力が大きくフライホイール部材の回転による見かけの質量が大きく、基礎に生ずる加速度が小さいときに押し付け力が小さくフライホイール部材の回転による見かけの質量が小さくなる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記制御装置の押付け力センサは、押付け力を検知する。前記制御装置が押付け力に関する指令値である押付け力指令値を受付ける。
前記制御装置が前記アクチエータを調整して前記押付け力センサの検知する前記押付け力を前記押付け力指令値に一致する様にする。
その結果、前記アクチエータを調整して前記押付け力センサの検知する前記押付け力を前記押付け力指令値に一致する様にする様にしたので、押し付け力による摩擦熱により部材が膨張しても押し付け力を押付け力指令値に維持できる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記制御装置の押付け力センサは、押付け力を検知する。前記制御装置が押付け力に関する指令値である押付け力指令値を受付ける。
前記制御装置が前記圧電素子の伸長または短縮を制御して前記アクチエータを調整して前記押付け力センサの検知する前記押付け力を前記押付け力指令値に一致する様にする。
その結果、押し付け力による摩擦熱により部材が膨張しても押し付け力を押付け力指令値に維持できる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記制御装置の温度センサは、前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位の温度を検知する。前記制御装置が温度に関する指令値である温度指令値を受付ける。前記制御装置が前記アクチエータの発生する前記押付け力を調整し前記温度センサの検知する温度を温度指令値以下になる様にする。
その結果、前記アクチエータの発生する前記押付け力を調整し前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位の温度を温度指令値以下になる様にする様にしたので、前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位のオーバーヒートを抑制できる。
また、本発明の実施形態に係るマスダンパーは、前記制御装置が前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位の温度を検知する温度センサを持ち、前記制御装置が温度に関する指令値である温度指令値を受付け、前記制御装置が前記圧電素子の伸長または短縮を制御して前記アクチエータの発生する前記押付け力を調整し前記温度センサの検知する温度を温度指令値以下にする。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記制御装置の温度センサは、前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位の温度を検知する。前記制御装置が温度に関する指令値である温度指令値を受付ける。前記制御装置が前記圧電素子の伸長または短縮を制御して前記アクチエータの発生する前記押付け力を調整し前記温度センサの検知する温度を温度指令値以下になる様にする。
その結果、前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位のオーバーヒートを抑制できる。
直動軸に設けられた雄ねしに嵌めあう雌ねじを設けられた回転部材と前記フライホイール部材とが伝達制限部材とを介して結合されてフレームに回転自在に支持され、制御装置に制御されるアクチエータが前記摩擦部材を前記第一部材に所定の押付け力で押付ける様にしたので、直動軸が直動変位の方向に相対移動するときに、回転部材の回転が第二部材に支持されるアクチエータに所定の押付け力で押付けられる前記摩擦部材と第一部材との間に発生する摩擦力に対応するトルクで前記フライホイール部材に伝達されて、アクチエータの発生する押付け力に対応して直動軸の直動方向の相対変位に対応して前記フライホイール部材が回転する。
また、電気回路が前記圧電素子の一対の端子に電圧を印加して前記圧電素子を伸長または圧縮させて前記摩擦部材を前記第一部材に押付けできる様にしたので、前記圧電素子の一対の端子に印加される電圧に対応して前記圧電素子を伸長または圧縮させて前記摩擦部材を前記第一部材に押付けできる。
また、前記電気回路が前記圧電素子の一対の端子に電圧を印加して前記圧電素子を伸長または短縮させて与圧縮された前記バネ部材を介して前記摩擦部材を前記第一部材に押付けできる様にしたので、前記圧電素子の一対の端子に印加される電圧に対応して前記圧電素子を伸長または圧縮させてバネ部材を押し、前記バネ部材が前記摩擦部材を前記第一部材に押付けできる。
また、前記制御装置が前記押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して変化させる様にしたので、基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して直動軸の直動方向の相対変位に対応して前記フライホイール部材が回転する。
また、アクチエータの発生する前記押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が大きくなるのに対応して大きくなる様に変化させ、基礎に生ずる加速度の最大振幅値が小さくなるのに対応して小さくなる様に変化させる様にしたので、基礎に生ずる加速度が大きいときに押し付け力が大きくフライホイール部材の回転による見かけの質量が大きく、基礎に生ずる加速度が小さいときに押し付け力が小さくフライホイール部材の回転による見かけの質量が小さくなる。
また、アクチエータの発生する前記押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が大きくなるのに対応して大きくなる様に変化させ、基礎に生ずる加速度の最大振幅値が小さくなるのに対応して小さくなる様に変化させる様にしたので、基礎に生ずる加速度が大きいときに押し付け力が大きくフライホイール部材の回転による見かけの質量が大きく、基礎に生ずる加速度が小さいときに押し付け力が小さくフライホイール部材の回転による見かけの質量が小さくなる。
また、前記アクチエータを調整して前記押付け力センサの検知する前記押付け力を前記押付け力指令値に一致する様にする様にしたので、押し付け力による摩擦熱により部材が膨張しても押し付け力を押付け力指令値に維持できる。
また、圧電素子の伸長または短縮を制御して前記アクチエータを調整して前記押付け力を前記押付け力指令値に一致する様にする様にしたので、押し付け力による摩擦熱により部材が膨張しても押し付け力を押付け力指令値に維持できる。
また、前記アクチエータの発生する前記押付け力を調整し前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位の温度を温度指令値以下になる様にする様にしたので、前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位のオーバーヒートを抑制できる。
また、記圧電素子の伸長または短縮を制御して前記アクチエータの発生する前記押付け力を調整し前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位の温度を温度指令値以下になる様にする様にしたので、前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位のオーバーヒートを抑制できる。
従って、簡易な構造により動特性または振動特性を調整できるマスダンパーを提供できる。
本発明は、基礎に支持される対象構造物に設けられ直動変位に対応して反力を発生するマスダンパーにかかるものである。
マスダンパーには、単純マスダンパー、粘性マスダンパー、バネ付き粘性マスダンパー、等がある。
単純マスダンパーは、直動変位に対してみかけのマスを作り出す機能を有する。
粘性マスダンパー、単純マスダンパーに加えて直動変位に対して粘性を作り出す機能を有する。
ばね付き粘性マスダンパーは、粘性マスダンパーに加えてばね要素を作り出し機能を有する。
説明の便宜のため、ばねつき粘性マスダンパーを対象構造体に取り付ける場合を例に説明する。
図1は、本発明の第一の実施形態に係る粘性マスダンパーの概念図である。図2は、本発明の第一の実施形態に係る粘性マスダンパーの部分拡大図である。図3は、本発明の第一の実施形態に係る伝達制限部材の概念図である。
マスダンパー100は、直動変位に対応して反力を発生する機械要素であって、直動軸110と回転部材120とフライホイール部材130とフレーム140と伝達制限部材160とで構成される。
粘性マスダンパー100は、直動変位に対応して反力を発生する機械要素であって、直動軸110と回転部材120とフライホイール部材130とフレーム140と粘性流体150と伝達制限部材160とで構成される。
粘性マスダンパー100は、直動変位に対応して反力を発生する機械要素であって、直動軸110と回転部材120とフレーム140と粘性流体150とで構成される。
例えば、バネ付き粘性マスダンパーは、連結部材150を用いて対象構造物30に連結される。
対象構造物30は、バネ付き粘性マスダンパーにより免震または制振をされる構造物である。
免震のためには、対象構造物30はバネ付き粘性マスダンパーを基礎部分に設置される。
制振のためには、対象構造物30はバネ付き粘性マスダンパーを構造体の主要構造部材の間に設置される。
例えば、直動軸110は、雄ねじ部材111と長手部材112とで構成される。
図1には、雄ねじを外周に形成された雄ねじ部材111と雄ねじ部材に一体につながった長手部材とが示される。
回転部材120は、雌ねじ部材121と回転部材軸受122とで構成される。
雌ねじ部材121は、雌ねじが設けられた部材である。
回転部材軸受122は、雌ねじ部材121を回転自在に支持する軸受である。
雄ねじ部材111と雌ねじ部材121とが同軸上に配置される。
雄ねじ部材111の雄ねじと雌ねじ部材121の雌ねじとは、複数のボールを介してねじ状に組み合わされてもよい。
直動軸110が回転を拘束されて直動運動すると、ボールを介して雌ねじ部材121が回転され、雌ねじ部材121が回転する。
フライホイール部材130は、回転部材120の回転トルクを伝達制限部材160を介して伝達されて回転部材120の回転に連動して回転できる部材である。
フライホイール部材130は、フライホイール部材本体131とフライホイール部材軸受132とで構成される。
フライホール部材本体131は、回転部材120に支持されるフライホイール部材軸受132に回転自在に支持される。
フライホイール部材本体131と雄ねじ部材111と雌ねじ部材121とが同軸上に配置されてもよい。
回転部材軸受122は、回転部材120を回転自在に支持する機械要素である。
回転部材軸受122、フレーム140に固定され、回転部材120を回転自在に支持する。
フライホイール部材軸受132は、回転部材120に固定され、フライホイール部材本体131を回転自在に支持する。
図1は、フライホイール部材本体131が、フレーム140の外側に位置する構造を示している。
粘性流体150は、フレーム140の外周面とフライホイール部材130との隙間に封入された液体である。
フライホイール部材130がフレーム140に対して相対的に回転すると、粘性流体150は回転部材に回転方向と逆方向の粘性力を作用させる。
粘性力は、フライホイール部材130に回転トルク反力を与える。
回転トルク反力は雄ねじと雌ねじとの作用により直動変位の方向に作用する反力に変換される。
この反力は、直動軸の直動変位の速度に略比例する。
伝達制限部材160は、摩擦部材161とアクチエータ162と制御装置163とで構成される。
伝達制限部材160は、摩擦部材161とアクチエータ162と制御装置163と押圧部材164とで構成されてもよい。
伝達制限部材160は、摩擦部材161とアクチエータ162と制御装置163と押圧部材164と固定部材165とで構成されてもよい。
伝達制限部材160は、摩擦部材161とアクチエータ162と制御装置163と押圧部材164と固定部材165と押付け力センサ166aとで構成されてもよい。
伝達制限部材160は、摩擦部材161とアクチエータ162と制御装置163と押圧部材164と固定部材165と温度センサ166bとで構成されてもよい。
伝達制限部材160は、摩擦部材161とアクチエータ162と制御装置163と押圧部材164と固定部材165と押付け力センサ166aと温度センサ166bとで構成されてもよい。
ここで、第一部材は回転部材120またはフライホイール部材130のうちの一方の部材である。
図1、図2には、第一部材が回転部材120である様子を示す。
摩擦部材161は第一部材に接触し摩擦力を発生するリング状の部材であってもよい。
ここで、第一部材は回転部材120またはフライホイール部材130のうちの一方の部材である。
ここで、第二部材は回転部材またはフライホイール部材130のうちの他方の部材である
図1、図2には、第二部材がフライホイール部材130である様子を示す。
圧電素子は、一対の端子に印可される電圧に対応して伸長または短縮する機械要素である。
例えば、圧電素子はピエゾ素子である。
図3(A)は、アクチエータ162が、積層された複数の圧電素子162aで構成される様子を示す。
ばね部材162bは、該圧電素子と摩擦部材との間に位置し所定のバネ定数をもち与圧縮された部材である。
図3(B)は、アクチエータ162が、積層された複数の圧電素子162aと積層された複数の皿バネ162bとで構成される様子を示す。
制御装置163は、電気回路163aで構成される。
制御装置163は、電気回路163aとスリップリング163bとで構成されてもよい。
電気回路163aは、圧電端子162aの一対の端子に電圧を印加する回路である。
電気回路163aが圧電素子162aの一対の端子に電圧を印加して圧電素子162aを伸長または圧縮させて摩擦部材161を第一部材に押付けできる。
電気回路163aが、スリップリング163bを介して、圧電素子162aの一対の端子に電圧を印加して圧電素子162aを伸長または圧縮させて摩擦部材161を第一部材に押付けできる。
電気回路163aが圧電素子162aの一対の端子に電圧を印加して圧電素子162aを伸長または短縮させて与圧縮されたバネ部材162bを介して摩擦部材161を第一部材に押付けできてもよい。
押圧部材164は、アクチエータ162の発生した押付け力を摩擦部材161に均一に伝達する。
押圧部材164は、センサ166を固定されてもよい。
固定部材165は、第二部材にねじ込まれてもよい。
固定部材165は、外周に雄ねじが形成されてもよい。
固定部材165が、調整ねじとして機能しても良い。
押付け力センサ166aは、押圧部材164に固定されてもよい。
温度センサ166bは、押圧部材164に固定されてもよい。
図4は、本発明の第二の実施形態に係る粘性マスダンパーの概念図である。
マスダンパー100は、直動変位に対応して反力を発生する機械要素であって、直動軸110と回転部材120とフライホイール部材130とフレーム140と伝達制限部材160とで構成される。
粘性マスダンパー100は、直動変位に対応して反力を発生する機械要素であって、直動軸110と回転部材120とフライホイール部材130とフレーム140と粘性流体150と伝達制限部材160と連結部材170とで構成される。
フライホイール部材130は、回転部材120の回転トルクを伝達制限部材160を介して伝達されて回転部材120の回転に連動して回転できる部材である。
フライホイール部材130は、フライホイール部材本体131とフライホイール部材軸受132とで構成される。
フライホール部材本体131は、フレーム140に支持されるフライホイール部材軸受132に回転自在に支持される。
フライホイール部材本体131と雄ねじ部材111と雌ねじ部材121とが同軸上に配置されてもよい。
回転部材軸受122は、回転部材120を回転自在に支持する機械要素である。
回転部材軸受122、フレーム140に固定され、回転部材120を回転自在に支持する。
フライホイール部材軸受132は、回転部材120に固定され、フライホイール部材本体131を回転自在に支持する。
図2は、フライホイール部材本体131が、フレーム140の内側に位置する構造を示している。
連結部材170は、第一連結部材171と第二連結部材172とで構成される。
第一連結部材171は、直動変位の方向に交差するひとつの可動軸を中心に揺動可能になった連結部材である。
第一連結部材171は、対象構造体30とフレーム140とを連結する。
第二連結部材172は、直動変位の方向に交差するひとつの可動軸を中心に揺動可能になった連結部材である。
図5は、本発明の第三の実施形態に係るばね付き粘性マスダンパーの概念図である。
第三の実施形態にかかるマスダンパーは、ばね付き粘性マスダンパーである。
ばね付き粘性マスダンパーは、粘性マスダンパー100と弾性部材200とが直接接続される。
弾性部材200は、弾性板210で構成される。
弾性部材200は、単数または複数の弾性板210で構成されてもよい。
弾性部材200は、少なくとも一対の支持板230と単数または複数の弾性板210とで構成されてもよい。
弾性部材200は、少なくとも一対の支持板230と弾性板210と一対のフランジ240とで構成されてもよい。
弾性部材200は、少なくとも一対の支持板230と単数または複数の弾性板210一対のフランジ240とで構成されてもよい。
弾性部材200は、第1支持板231と第二支持板232と単数または複数の弾性板210と第1フランジ241と第二フランジ242とで構成されてもよい。
一つの第一支持板231と2つの第二支持板232と2つの弾性板210が特定方向に積層されてもよい。
ここで、特定方向は直動変位の変位方向に交差する方向である。
弾性板210は、板状であって、直動変位に対応して一対の面が面に平行な向きに沿って剪断変形する。
弾性板210は、直特定方向に向く面をもち直動変位に対応して剪断変形する部材であってもよい。
例えば、弾性板210は、弾性素材製の板材である。
例えば、弾性板210は、ゴム製の板材である。
弾性板210は板面を特定方向に向く面をもち第一フランジ241と第二フランジ242とに挟まれてもよい。
第一フランジ241と第二フランジ242とが直動変位の方向に接近離間すると弾性板210に剪断力が生じる。
1つの第一支持板231が、略四辺形の板部材であって、板部材の縁部を第一フランジ241のフランジ面に固定される。
1つの第二支持板232が、略四辺形の板部材であって、板部材の端部を第二フランジ242のフランジ面に固定される。
図5には、1つの第二支持板232が、板部材の縁部を第二フランジ242のフランジ面に固定される様子が示される。
制御装置163が、圧電素子162aの伸長または短縮を制御して、押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して変化させる。
制御装置163が、後述する押付け力指令値を基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して変化させてもよい。
制御装置163が、予め用意した基礎に生ずる加速度の最大振幅値と圧電素子162aの伸長量または短縮量の関係図を基に、圧電素子162aの伸長または短縮を制御して、押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して変化させてもよい。
制御装置163が、アクチエータ162の発生する押付け力を、予め設定した力を下回ることなく、且つ基礎に生ずる加速度の最大振幅値が大きくなるのに対応して大きくなる様に変化させ、アクチエータの発生する押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が小さくなるのに対応して小さくなる様に変化させる。
制御装置163が、圧電素子162aの伸長または短縮を制御してアクチエータの発生する押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が大きくなるのに対応して大きくなる様に変化させ、圧電素子162aの伸長または短縮を制御してアクチエータの発生する押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が小さくなるのに対応して小さくなる様に変化させてもよい。
制御装置163が、予め設定した力を下回ることなく、且つ圧電素子162aの伸長または短縮を制御してアクチエータの発生する押付け力を、基礎に生ずる加速度の最大振幅値が大きくなるのに対応して大きくなる様に変化させ、圧電素子162aの伸長または短縮を制御してアクチエータの発生する押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が小さくなるのに対応して小さくなる様に変化させてもよい。
制御装置163がアクチエータ162を調整して押付け力センサ166aの検知する押付け力を押付け力指令値に一致する様にする、
制御装置163が、圧電素子162aの伸長または短縮を制御して、アクチエータを調整して押付け力センサ166aの検知する押付け力を押付け力指令値に一致する様にしてもよい。
制御装置163がアクチエータ162の発生する押付け力を調整し温度センサの検知する温度を温度指令値以下にする。
制御装置163が、圧電素子162aの伸長または短縮を制御して、アクチエータの発生する押付け力を調整し温度センサ166bの検知する温度を温度指令値以下にしてもよい。
例えば、温度センサ166bの検知する温度が温度指令値を越ると、その差分に応じて押付け力が小さくなる様に圧電素子の伸長または短縮を制御する。
例えば、温度センサ166bの検知する温度が温度指令値を越ないとき押付け力センサ166aの検知する押付け力を押付け力指令値に一致する様に圧電素子の伸長または短縮を制御する。温度センサ166b」の検知する温度が温度指令値を越るとその差分に応じて押付け力が小さくなる様に圧電素子162aの伸長または短縮を制御する。
図8は、ばね付き粘性マスダンパーの質点モデル図である。
図8は、慣性接続要素11とダンパー要素12とが並列接続した系(「粘性マスダンパー」に相当する。)とバネ要素13とを直接接続した系(「バネ付き粘性マスダンパー」に相当する。)が対象構造体に接続されたモデルを示している。
図9は、地震波の概念を示す。
対象構造体30は、主質量31と主弾性要素32とでモデル化される。
バネ要素13は、弾性部材200に相当する。
また、粘性マスダンパーは、ダンパー要素12により、直動軸を一定の相対速度で直動変位させた際に作用する反力を相対速度で割った値に対応する減衰係数cとを持つ。
また、バネ付き粘性マスダンパーは粘性マスダンパーの直動軸を一定の相対速度で直動させた際に直動方向に作用する反力を相対速度で割った値に対応する減衰係数cを持つ。
摩擦材の押付け力を可変にすることはダンパーの反力を可変にすることになり、様々な地震動に対して振動を制御することが可能になる。この可変機構は、電圧信号を制御するための電子制御ユニット(ECU)と地震動の加速度を感知する加速度センサを備える。また、摩擦材の温度を関知する温度センサを備えていても良い。
制御方法は、加速度センサによって得られた地震動の加速度を逐次分析し、周期特性や速度レベルに応じて、逐次軸力を変化させても良い。軸力を安定させるため、温度センサによって得られた摩擦材の温度上昇による材料の膨張や皿ばねの軸力変動を抑制するため摩擦材の温度を監視してもよい。
電子制御ユニット(ECU)の電源には、圧電素子の回生電源を使用してもよいし、ダンパー自身を特開2011−106519に開示されている発電ダンパーとし、このダンパーで蓄電した回生電源を利用してもよい。なお、皿ばねや調整ばねは同様の効果が得られる範囲で、圧電材を複数重ねた圧電アクチエータのような構造としてもよい。
圧電信号に応じて摩擦材に与える軸力を可変にできる材料を組み合わせた点、この材料は円周方向に備えられているため、ボールねじの変換効率(増幅機構)により、皿ばねに与える変形は小さくても大きな軸方向の力を得られる。
例えば、アクチアータとして、圧電素子や圧電ゴムといった材料を使用し、これらの材料の特性を変化させるための電子制御ユニット(ECU)、および地震動の振動成分や摩擦材の温度を感知するセンサを用いた。
電子制御ユニット(ECU)は、圧電材料に送る電圧信号を制御する機能を有する。
加速度センサは、地震動の加速度成分を感知して、電圧信号を制御するための判断機能を有する。
温度センサは、摩擦材の温度を感知して、電圧信号を制御するための判断機能を有する。
圧電材料を同様の効果が得られる材料に代替えしたり、発電、蓄電、回生抵抗を組み合わせた構成とすることが考えられる。また、摩擦材の発熱を制御するような電子制御ユニットを備えることが考えられる。
より大きな軸力を与えられるような材料構成や機構、より摩擦材の発熱を抑制できるような配置や機構を採用してもよい。
上述の構成により、様々な地震動に対して、軸力制限荷重を任意に可変させることができる様になる。
また、摩擦材の温度膨張などによる皿ばねの軸力変動に伴う軸力を安定させることができるようになる。
直動軸110に設けられた雄ねしに嵌めあう雌ねじを設けられた回転部材120とフライホイール部材130とが伝達制限部材160を介して結合されてフレーム140に回転自在に支持され、制御装置163に制御されるアクチエータ162が摩擦部材161を回転部材120に所定の押付け力で押付ける様にしたので、直動軸110が直動変位の方向に相対移動するときに、回転部材120の回転がフライホイール部材130に支持されるアクチエータ162に所定の押付け力で押付けられる摩擦部材161と回転部材120との間に発生する摩擦力に対応するトルクでフライホイール部材130に伝達されて、アクチエータ162の発生する押付け力に対応して直動軸110の直動方向の相対変位に対応してフライホイール部材130が回転する。
また、電気回路163aが圧電素子162aの一対の端子に電圧を印加して圧電素子162aを伸長または圧縮させて摩擦部材161を回転部材120に押付けできる様にしたので、圧電素子162aの一対の端子に印加される電圧に対応して圧電素子162aを伸長または圧縮させて摩擦部材161を回転部材120に押付けできる。
また、電気回路163aが圧電素子162aの一対の端子に電圧を印加して圧電素子162aを伸長または短縮させて与圧縮されたバネ部材162bを介して摩擦部材161を回転部材120に押付けできる様にしたので、圧電素子162aの一対の端子に印加される電圧に対応して圧電素子162aを伸長または圧縮させてバネ部材162bを押し、バネ部材162bが摩擦部材161を回転部材120に押付けできる。
また、制御装置163が押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して変化させる様にしたので、基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して直動軸110の直動方向の相対変位に対応してフライホイール部材130が回転する。
また、アクチエータ162の発生する押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が大きくなるのに対応して大きくなる様に変化させ、基礎に生ずる加速度の最大振幅値が小さくなるのに対応して小さくなる様に変化させる様にしたので、基礎に生ずる加速度が大きいときに押し付け力が大きくフライホイール部材130の回転による見かけの質量が大きくなり抵抗力が大きくなり、基礎に生ずる加速度が小さいときに押し付け力が小さくフライホイール部材130の回転による見かけの質量が小さくなり抵抗力が小さくなる。
また、アクチエータ162の発生する押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値が大きくなるのに対応して大きくなる様に変化させ、基礎に生ずる加速度の最大振幅値が小さくなるのに対応して小さくなる様に変化させる様にしたので、基礎に生ずる加速度が大きいときに押し付け力が大きくフライホイール部材の回転による見かけの質量が大きく抵抗力が大きくなり、基礎に生ずる加速度が小さいときに押し付け力が小さくフライホイール部材の回転による見かけの質量が小さくなり抵抗力が小さくなる。
また、アクチエータ162を調整して押付け力センサ166aの検知する押付け力を押付け力指令値に一致する様にする様にしたので、押し付け力による摩擦熱により部材が膨張しても押し付け力を押付け力指令値に維持できる。
また、圧電素子162aの伸長または短縮を制御してアクチエータ162を調整して押付け力を押付け力指令値に一致する様にする様にしたので、押し付け力による摩擦熱により部材が膨張しても押し付け力を押付け力指令値に維持できる。
また、アクチエータ162の発生する押付け力を調整し摩擦部材161または回転部材120の摩擦部材161が接触する接触部位の温度を温度指令値以下になる様にする様にしたので、摩擦部材161または回転部材120の摩擦部材161が接触する接触部位のオーバーヒートを抑制できる。
また、圧電素子162aの伸長または短縮を制御してアクチエータ162の発生する押付け力を調整し摩擦部材161または回転部材120の摩擦部材161が接触する接触部位の温度を温度指令値以下になる様にする様にしたので、摩擦部材161または回転部材120の摩擦部材161が接触する接触部位のオーバーヒートを抑制できる。
11 慣性接続要素
12 ダンパー要素
13 バネ要素
30 対象構造物
31 主質量
32 主弾性要素
33 取付部
40 支持構造
100 マスダンパー
110 直動軸
111 雄ねじ部材
112 長手部材
120 回転部材
121 雌ねじ部材
122 回転部材軸受
130 フライホイール部材
131 フライホイール部材本体
132 フライホイール部材軸受
140 フレーム
150 粘性流体
160 伝達制限部材
161 摩擦部材
162 アクチエータ
162a 圧電素子
162b バネ部材
163 制御装置
163a 電気回路
163b スリップリング
164 押圧部材
165 固定部材
166 センサ
166a 押付け力センサ
166b 温度センサ
170 連結部材
171 第一連結部材
172 第二連結部材
200 弾性部材
210 弾性板
230 支持板
231 第一支持板
232 第二支持板
240 フランジ
241 第一フランジ
242 第二フランジ
Claims (10)
- 基礎に支持される対象構造物に設けられ直動変位に対応して反力を発生するマスダンパーであって、
直動変位の変位方向に沿ってねじ送り方向を向けた雄ねじを設けられた直動軸と、
前記雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転部材と、
前記回転部材の回転に連動して回転できる部材であるフライホイール部材と、
前記回転部材と前記フライホイール部材の間での伝達可能なトルクを制限できる部材である伝達制限部材と
前記回転体と前記フライホイール部材とを回転自在に各々に支持するフレームと、
を備え、
前記伝達制限部材が、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの一方の部材である第一部材に接触し摩擦力を発生する摩擦部材と、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの他方の部材である第二部材に支持されて前記摩擦部材を前記第一部材に所定の押付け力で押付けるアクチエータと、前記アクチエータを制御する制御装置と、を有し、
前記アクチエータが一対の端子に印可される電圧に対応して伸長または圧縮する圧電素子と該圧電素子と前記摩擦部材との間に位置し所定のバネ定数をもち与圧縮されたバネ部材とを持ち、
前記制御装置が、前記圧電端子の一対の端子に電圧を印加する電気回路を持ち、
前記電気回路が前記圧電素子の一対の端子に電圧を印加して前記圧電素子を伸長または短縮させて与圧縮された前記バネ部材を介して前記摩擦部材を前記第一部材に押付けでき、
前記制御装置が前記アクチエータの発生する前記押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して変化させる、
ことを特徴とするマスダンパー。 - 前記制御装置が前記押付け力を検知するセンサである押付け力センサを持ち
前記制御装置が押付け力に関する指令値である押付け力指令値を受付け、
前記制御装置が前記アクチエータを調整して前記押付け力センサの検知する前記押付け力を前記押付け力指令値に一致する様にする、
ことを特長とする請求項1に記載のマスダンパー。 - 前記制御装置が前記押付け力を検知するセンサである押付け力センサを持ち
前記制御装置が押付け力に関する指令値である押付け力指令値を受付け、
前記制御装置が、前記圧電素子の伸長または短縮を制御して前記アクチエータを調整して前記押付け力センサの検知する前記押付け力を前記押付け力指令値に一致する様にする、
ことを特長とする請求項2に記載のマスダンパー。 - 前記制御装置が前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位の温度を検知する温度センサを持ち、
前記制御装置が温度に関する指令値である温度指令値を受付け、
前記制御装置が前記アクチエータの発生する前記押付け力を調整し前記温度センサの検知する温度を温度指令値以下にする、
ことを特徴とする請求項3に記載のマスダンパー。 - 前記制御装置が前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位の温度を検知する温度センサを持ち、
前記制御装置が温度に関する指令値である温度指令値を受付け、
前記制御装置が、前記圧電素子の伸長または短縮を制御して前記アクチエータの発生する前記押付け力を調整し前記温度センサの検知する温度を温度指令値以下にする、
ことを特徴とする請求項4に記載のマスダンパー。 - 前記制御装置が前記アクチエータの発生する押付け力を基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して変化させる、
ことを特徴とする請求項5に記載のマスダンパー。 - 基礎に支持される対象構造物に設けられ直動変位に対応して反力を発生するマスダンパーであって、
直動変位の変位方向に沿ってねじ送り方向を向けた雄ねじを設けられた直動軸と、
前記雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転部材と、
前記回転部材の回転に連動して回転できる部材であるフライホイール部材と、
前記回転部材と前記フライホイール部材の間での伝達可能なトルクを制限できる部材である伝達制限部材と
前記回転体と前記フライホイール部材とを回転自在に各々に支持するフレームと、
を備え、
前記伝達制限部材が、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの一方の部材である第一部材に接触し摩擦力を発生する摩擦部材と、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの他方の部材である第二部材に支持されて前記摩擦部材を前記第一部材に所定の押付け力で押付けるアクチエータと、前記アクチエータを制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置が前記押付け力を検知するセンサである押付け力センサを持ち
前記制御装置が押付け力に関する指令値である押付け力指令値を受付け、
前記制御装置が前記アクチエータを調整して前記押付け力センサの検知する前記押付け力を前記押付け力指令値に一致する様にする、
ことを特長とするマスダンパー。 - 基礎に支持される対象構造物に設けられ直動変位に対応して反力を発生するマスダンパーであって、
直動変位の変位方向に沿ってねじ送り方向を向けた雄ねじを設けられた直動軸と、
前記雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転部材と、
前記回転部材の回転に連動して回転できる部材であるフライホイール部材と、
前記回転部材と前記フライホイール部材の間での伝達可能なトルクを制限できる部材である伝達制限部材と
前記回転体と前記フライホイール部材とを回転自在に各々に支持するフレームと、
を備え、
前記伝達制限部材が、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの一方の部材である第一部材に接触し摩擦力を発生する摩擦部材と、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの他方の部材である第二部材に支持されて前記摩擦部材を前記第一部材に所定の押付け力で押付けるアクチエータと、前記アクチエータを制御する制御装置と、を有し、
前記アクチエータが一対の端子に印可される電圧に対応して伸長または短縮する圧電素子を有し、
前記制御装置が、前記圧電端子の一対の端子に電圧を印加する電気回路を持ち、
前記電気回路が前記圧電素子の一対の端子に電圧を印加して前記圧電素子を伸長または短縮させて前記摩擦部材を前記第一部材に押付けでき、
前記制御装置が前記押付け力を検知するセンサである押付け力センサを持ち
前記制御装置が押付け力に関する指令値である押付け力指令値を受付け、
前記制御装置が、前記圧電素子の伸長または短縮を制御して前記アクチエータを調整して前記押付け力センサの検知する前記押付け力を前記押付け力指令値に一致する様にする、
ことを特長とするマスダンパー。 - 基礎に支持される対象構造物に設けられ直動変位に対応して反力を発生するマスダンパーであって、
直動変位の変位方向に沿ってねじ送り方向を向けた雄ねじを設けられた直動軸と、
前記雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転部材と、
前記回転部材の回転に連動して回転できる部材であるフライホイール部材と、
前記回転部材と前記フライホイール部材の間での伝達可能なトルクを制限できる部材である伝達制限部材と
前記回転体と前記フライホイール部材とを回転自在に各々に支持するフレームと、
を備え、
前記伝達制限部材が、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの一方の部材である第一部材に接触し摩擦力を発生する摩擦部材と、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの他方の部材である第二部材に支持されて前記摩擦部材を前記第一部材に所定の押付け力で押付けるアクチエータと、前記アクチエータを制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置が前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位の温度を検知する温度センサを持ち、
前記制御装置が温度に関する指令値である温度指令値を受付け、
前記制御装置が前記アクチエータの発生する前記押付け力を調整し前記温度センサの検知する温度を温度指令値以下にする、
ことを特徴とするマスダンパー。 - 基礎に支持される対象構造物に設けられ直動変位に対応して反力を発生するマスダンパーであって、
直動変位の変位方向に沿ってねじ送り方向を向けた雄ねじを設けられた直動軸と、
前記雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転部材と、
前記回転部材の回転に連動して回転できる部材であるフライホイール部材と、
前記回転部材と前記フライホイール部材の間での伝達可能なトルクを制限できる部材である伝達制限部材と
前記回転体と前記フライホイール部材とを回転自在に各々に支持するフレームと、
を備え、
前記伝達制限部材が、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの一方の部材である第一部材に接触し摩擦力を発生する摩擦部材と、前記回転部材または前記フライホイール部材のうちの他方の部材である第二部材に支持されて前記摩擦部材を前記第一部材に所定の押付け力で押付けるアクチエータと、前記アクチエータを制御する制御装置と、を有し、
前記アクチエータが一対の端子に印可される電圧に対応して伸長または短縮する圧電素子を有し、
前記制御装置が、前記圧電端子の一対の端子に電圧を印加する電気回路を持ち、
前記電気回路が前記圧電素子の一対の端子に電圧を印加して前記圧電素子を伸長または短縮させて前記摩擦部材を前記第一部材に押付けでき、
前記制御装置が前記摩擦部材または前記第一部材の前記摩擦部材が接触する接触部位の温度を検知する温度センサを持ち、
前記制御装置が温度に関する指令値である温度指令値を受付け、
前記制御装置が、前記圧電素子の伸長または短縮を制御して前記アクチエータの発生する前記押付け力を調整し前記温度センサの検知する温度を温度指令値以下にする、
ことを特徴とするマスダンパー。
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