JP6249209B2 - 変位抑制装置及び変位抑制システム - Google Patents

Description

本発明は、対象物の変位を抑制する変位抑制装置及び変位抑制システムに関する。対象物は、例えば、免震システムによって移動可能とされた対象物（免震対象物）である。免震対象物は、例えば、建築物である。

免震対象物を当該免震対象物を支持する支持構造物に対して水平方向に変位可能とした免震システムが知られている。このような免震システムは、地震が生じたときに免震対象物に加えられる加速度を減じることができる。しかし、その一方で、免震対象物の変位が過大になると、免震対象物とその周囲の構造物との衝突を招く等の不都合が生じる。

特許文献１は、種々の用途に利用可能な変位抑制装置を提案するとともに、この変位抑制装置を免震対象物の変位の抑制に利用可能であることを開示している。

特許文献１の変位抑制装置は、巻尺に類似した構成を含んでいる。すなわち、この変位抑制装置は、一端が免震対象物に固定された可撓性の長尺部材と、この長尺部材の他端が固定され、回転することにより長尺部材の巻き取り及び引き出しを可能とする巻き取り部材とを有している。

そして、免震対象物が所定方向の一方側へ移動するときには、長尺部材が引き出される。このとき、長尺部材の引き出しによって回転する巻き取り部材には、回転を抑制する方向への摩擦力（摩擦抵抗）が付与される。その結果、免震対象物の運動エネルギーが散逸され、免震対象物の変位が抑制される。

一方、免震対象物が前記の所定方向の他方側へ移動するときには、ぜんまいばねにより長尺部材が巻き取り部材に巻き取られる。このとき、巻き取り部材には摩擦力は付与されず、長尺部材の次の引き出しの準備が速やかになされる。

特開２０１３−２５３２号公報

上記のように、特許文献１の変位抑制装置は、免震対象物が一方側へ移動するときは、長尺部材が引き出され、免震対象物の変位を抑制することに寄与する。しかし、特許文献１の変位抑制装置は、免震対象物の他方側への移動に対しては、変位を抑制することに寄与しない。従って、特許文献１の変位抑制装置を免震システムに適用する場合においては、例えば、互いに逆向きの２つの変位抑制装置が必要である。

しかし、特許文献１の変位抑制装置を複数設けた場合、種々の不都合が生じる。なお、この不都合については、本願の実施形態の作用効果を説明する際に詳述する。以上のとおり、多方向の変位抑制に好適な変位抑制装置及び変位抑制システムが提供されることが望ましい。

本発明の一態様に係る変位抑制装置は、基準物に対する対象物の変位を抑制する変位抑制装置であって、２組の変位抑制ユニットと、前記２組の変位抑制ユニットに共用される減衰機構と、を有し、前記２組の変位抑制ユニットのそれぞれは、前記基準物及び前記対象物の一方に固定される基体と、前記基準物及び前記対象物の他方に一端側が固定される可撓性を有する長尺部材と、前記基体に回転可能に支持され、前記長尺部材を他端側から巻き取り可能な巻き取り部材と、前記長尺部材を巻き取る方向に前記巻き取り部材を付勢する付勢機構と、前記巻き取り部材の前記長尺部材を引き出す方向への回転を伝達するワンウェイクラッチと、を有し、前記減衰機構は、前記２組の変位抑制ユニットの前記ワンウェイクラッチにより前記巻き取り部材の前記長尺部材を引き出す方向への回転が伝達されて回転可能な回転部材と、前記回転部材にその回転に抗する減衰力を付与する固定部材と、を有する。

好適には、前記減衰機構は、前記回転部材及び前記固定部材の組み合わせを複数有し、且つ、前記２組の変位抑制ユニットの前記ワンウェイクラッチから伝達された前記巻き取り部材の前記長尺部材を引き出す方向への回転を複数の前記回転部材に伝達する伝達機構を更に有する。

好適には、前記伝達機構は歯車機構である。

好適には、前記減衰機構は、複数の前記回転部材を取り付け可能、且つ、前記２組の変位抑制ユニットの前記ワンウェイクラッチからの前記巻き取り部材の前記長尺部材を引き出す方向への回転を前記複数の回転部材に伝達する伝達機構を取り付け可能な支持機構を更に有する。

好適には、前記２組の変位抑制ユニットそれぞれは、前記長尺部材を前記巻き取り部材に整列巻きさせる整列機構を更に有する。

本発明の一態様に係る変位抑制システムは、上記の変位抑制装置と、前記巻き取り部材と前記基準物及び前記対象物の前記他方との間にて前記長尺部材に当接して前記長尺部材の向きを変化させるプーリと、を有する。

好適には、前記２組の変位抑制ユニットは、平面視において前記巻き取り部材から前記長尺部材が引き出される方向が互いに逆になるように配置され、前記プーリは、前記２組の変位抑制ユニットそれぞれの前記長尺部材を前記巻き取り部材側へ折り返すように２つ設けられている。

上記の構成によれば、多方向の変位を好適に抑制できる。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る変位抑制システムの概要を説明する模式的な側面図。 図１の変位抑制システムの構成を図１よりも詳細に示す模式的な平面図。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は図２の変位抑制システムの作用を説明するための図。 本発明の第２の実施形態に係る変位抑制装置の構成を示す模式図。

＜第１の実施形態＞
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る変位抑制装置３及び当該変位抑制装置３を含む変位抑制システム１の概要を説明する模式的な側面図である。図１において、ｘ方向及びｙ方向は水平方向であり、ｚ方向は鉛直方向である。

変位抑制システム１（変位抑制装置３）は、支持構造物１０１に対する免震対象物１０３の変位を抑制する装置として構成されている。支持構造物１０１及び免震対象物１０３の組み合わせは、例えば、構造物の基礎部分及び当該基礎部分に支持される家屋等の構造物の組み合わせや、家屋等の構造物及び当該構造物に支持された什器の組み合わせである。

免震対象物１０３は、特に図示しないが、いわゆるアイソレータを介して支持構造物１０１に支持されており、支持構造物１０１に対して水平方向に移動可能である。アイソレータは、例えば、積層ゴム、転がり支承、滑り支承である。なお、変位抑制システム１は、免震対象物１０３の振動の減衰に寄与するが、変位抑制システム１とは別にいわゆるダンパーが設けられていてもよい。

変位抑制装置３は、第１変位抑制ユニット５Ａ及び第２変位抑制ユニット５Ｂを有している。なお、以下では、単に「変位抑制ユニット５」といい、両者を区別しないことがある。各変位抑制ユニット５は、巻尺乃至は釣り用のリールに類似した構成を含んでおり、本体部７と、本体部７から引き出し及び巻き取り可能なワイヤー９とを有している。

本体部７及びワイヤー９の一方（本実施形態では本体部７）は、支持構造物１０１に固定されており、本体部７及びワイヤー９の他方（本実施形態ではワイヤー９）は、免震対象物１０３に固定されている。従って、免震対象物１０３が支持構造物１０１に対して変位すると、ワイヤー９が本体部７から引き出され、又は、ワイヤー９の本体部７への巻き取りが許容される。

本体部７は、ワイヤー９が引き出されるときに、その引き出しに対して摩擦力による抵抗を生じるように構成されている。従って、例えば、比較的高い加速度の地震が生じ、免震対象物１０３が本体部７からワイヤー９を引き出しながら移動すると、免震対象物１０３の運動エネルギーは摩擦によって熱エネルギーに変換されて散逸される。これにより、免震対象物１０３の変位が抑制される。別の観点では、免震対象物１０３の振動が減衰される。なお、比較的加速度が低い地震（長周期の地震）が生じたときは、免震対象物１０３は、摩擦力に抗してワイヤー９を本体部７から引き出すことができず、支持構造物１０１に対して変位しない。

変位抑制システム１は、免震対象物１０３が支持構造物１０１に対してｘ方向の正側及び負側のいずれに移動した場合においても、上記の作用が得られるように、２つの変位抑制ユニット５を適宜な向き及び配置で有している。

具体的には、例えば、２つの変位抑制ユニット５は、本体部７がｘ方向に互いに隣接し、且つ、２つのワイヤー９の引き出し方向がｘ方向において互いに逆向き（より詳細には互いに外側）となるように配置されている。また、変位抑制システム１は、２つの変位抑制ユニット５それぞれに対して、本体部７から延びるワイヤー９を本体部７側へ折り返すプーリ１１を有している。そして、２つのワイヤー９の先端は、プーリ１１よりもｘ方向の内側（本体部７側）にて免震対象物１０３に固定されている。２つの変位抑制ユニット５は、概ね、ｘ方向において対称に配置されている。

従って、免震対象物１０３が、図１（ａ）に示す基準位置（中立位置）からｘ方向の正側へ移動すると、図１（ｂ）において示すように、ｘ方向の負側に配置された第１変位抑制ユニット５Ａのワイヤー９が引き出され、ｘ方向の正側に配置された第２変位抑制ユニット５Ｂのワイヤー９が巻き取られる。特に図示しないが、これとは逆に、免震対象物１０３がｘ方向の負側へ移動すると、ｘ方向の正側に配置された第２変位抑制ユニット５Ｂのワイヤー９が引き出され、ｘ方向の負側に配置された第１変位抑制ユニット５Ａのワイヤー９が巻き取られる。

図２は、変位抑制システム１（変位抑制装置３）の構成を図１よりも詳細に示す模式的な平面図（一部に断面図を含む）である。なお、図２では、免震対象物１０３のうち、ワイヤー９の先端が固定される取付部１０３ａも模式的に示されている。

変位抑制装置３は、上述の２組の変位抑制ユニット５と、この２組の変位抑制ユニット５に共用される摩擦機構１３とを有している。各変位抑制ユニット５は、上述のように、ワイヤー９及び本体部７を有している。

ワイヤー９は、針金又は複数の針金を束ねたもの（ワイヤロープ）であり、可撓性を有している。その材料（金属）は、例えば、鋼である。なお、ワイヤー９を構成する針金の断面形状は円形であることが好ましい。

本体部７は、ワイヤー９が巻かれる巻き取り部材１５と、巻き取り部材１５をワイヤー９を巻き取る方向に回転させる付勢力を生じるばね部１７と、巻き取り部材１５から摩擦機構１３への回転の伝達を制御するクラッチ１９と、ワイヤー９を巻き取り部材１５に整列巻きさせるための整列機構２１とを有している。

これら巻き取り部材１５、ばね部１７、クラッチ１９、整列機構２１及び摩擦機構１３等は、板状部材乃至は枠状部材等を適宜に組み合わせて構成された基体２３（一部のみ図示する）に保持されている。基体２３は、支持構造物１０１に固定されている。

巻き取り部材１５は、適宜な軸支機構を介して基体２３に回転可能に支持されるとともに、ワイヤー９の一端（免震対象物１０３に固定される一端とは反対側の一端）が固定されている。巻き取り部材１５のワイヤー９が巻かれる胴体部分は、例えば、円筒状乃至は円柱状である。当該胴体部分は、例えば、その軸方向の長さがワイヤー９の直径の数倍以上である。

なお、図１及び図２では、ワイヤー９を巻き取るときの２つの巻き取り部材１５の回転方向が同一方向（ｙ軸方向に見て右回り）とされており、ひいては、引き出されたワイヤー９の巻き取り部材１５に対する上下位置が２つの巻き取り部材１５間で互いに逆になっているが、これとは逆に、ワイヤー９を巻き取るときの２つの巻き取り部材１５の回転方向は互いに逆方向とされてもよい。

ばね部１７は、例えば、ばね１８（後述する図３に模式的に示す）を含んで構成されている。ばね１８は、いわゆるぜんまい（渦巻きばね）である。ぜんまいは、非接触型でもよいし、接触型でもよいし、Ｓ字型でもよいし、定トルク型でもよいし、定荷重型でもよいし、長さ方向に直交する断面形状が扁平の帯状の素材を巻いたものであってもよいし、長さ方向に直交する断面形状が円形等の線状の素材を巻いたものであってもよい。また、ぜんまいの材料は、例えば、高炭素鋼、ステンレス等の金属である。

ばね１８は、例えば、一端側が巻き取り部材１５に固定され、他端側が基体２３に固定されている。そして、ばね１８は、巻き込まれた状態から伸びる方向へ復元力によって変形し、これにより巻き取り部材１５を回転させ、巻き取り部材１５にワイヤー９を巻き取らせる。ばね１８は、免震対象物１０３が想定された範囲（両振幅）内で移動するときに、その範囲の全域で復元力を発揮可能に、弾性域における変形量を十分に有するとともに、免震対象物１０３が基準位置（図１（ａ））にあるときに適宜な量で巻き込まれた状態である。

クラッチ１９は、いわゆるワンウェイクラッチであり、巻き取り部材１５のワイヤー９が引き出される方向の回転を出力軸１９ａに出力する（摩擦機構１３に伝達する）一方で、その反対方向（ワイヤー９が巻き取られる方向）の回転は出力軸１９ａに出力しない（摩擦機構１３に伝達しない）。なお、厳密には、クラッチ１９の構成によっては、反対方向の回転も微量の力で出力（伝達）するが、ここでは出力（伝達）しないと表現するものとする。ワンウェイクラッチは、スプラグ型のものやローラ型のものなど、公知の構成とされてよい。

整列機構２１は、上述のように、ワイヤー９が巻き取り部材１５に整列巻きされるようにするためのものである。整列巻きでは、ワイヤー９は、１周分ごとに巻き取り部材１５の軸方向へ順次並べられる。なお、ワイヤー９は、１周分ごとに軸方向へ順次並べられた後、さらに、その上に整列巻きがなされてもよいし（内周側から外周側へ複数層に巻かれてもよいし）、１層のみ巻かれてもよい。

整列機構２１の構成は、公知の適宜なものとされてよい。例えば、整列機構２１は、いわゆる倣い巻きによって整列巻きを実現するものとされている。具体的には、例えば、整列機構２１は、巻き取り部材１５とプーリ１１との間にワイヤー９をガイドするためのローラ２２を有している。ローラ２２は、巻き取り部材１５の軸方向（ｙ方向）において揺動可能であり、不図示のばねの付勢力によって、ワイヤー９のうち巻き取り部材１５から引き出されている部分に当接している。その当接方向は、ワイヤー９のうち引き出されている部分をワイヤー９のうち巻かれている部分の側面に押し付ける方向である。従って、巻き取り部材１５がワイヤー９を巻き取る方向に回転すると、巻き取り部材１５から引き出されていた部分は、既に巻かれている部分の側面に当接しながら（位置決めされながら）巻き取り部材１５に巻かれ、これによりワイヤー９の整列巻きが実現される。

整列巻きを補助する構成として、巻き取り部材１５の直径を軸方向の一端側から他端側へかけて小さくする構成を採用してもよい。この場合、ワイヤー９の張力の一部は、ワイヤー９のうち巻き取り部材１５に巻き取られつつある部分（乃至は既に巻き取られている部分）を巻き取り部材１５の直径が大きい側から小さい側へ付勢する力に変換される。その結果、ワイヤー９を巻き取り部材１５の直径が小さい側から大きい側へ順次巻き付けてゆく整列巻きが好適に行われる。

摩擦機構１３は、例えば、複数の摩擦式トルクリミッタ２５を含んで構成されている。なお、トルクリミッタ２５は、一般には、入力されたトルクが閾値を超えるまでは回転を伝達し、閾値を超えると回転の伝達を遮断する装置（安全機能付きの回転伝達装置）として利用されるが、本実施形態では、このような回転伝達装置としては利用されない。

トルクリミッタ２５は、例えば、内輪２７と、内輪２７を回転可能に収容する外側部品２９とを有している。外側部品２９は、例えば、特に図示しないが、筒状部材と、この筒状部材と内輪２７との間に介在するスプリングとを有している。スプリングは、筒状部材に対して回転不可能とされ、また、内輪２７を締め付けている。スプリングと内輪２７との間には潤滑剤が介在されている。

従って、内輪２７を外側部品２９に対して回転させるモーメントがトルクリミッタ２５に入力された場合、そのモーメントが内輪２７と外側部品２９（より詳細にはスプリング）との間の最大摩擦力のモーメント換算値を超えないときは、内輪２７は外側部品２９に対して回転せず、超えたときは、内輪２７は、運動摩擦力による抵抗モーメントを受けつつ外側部品２９に対して回転する。

トルクリミッタ２５は、外側部品２９が基体２３に固定されることにより基体２３に保持されている。内輪２７は、クラッチ１９の出力軸１９ａと接続される。従って、トルクリミッタ２５は、クラッチ１９の出力軸１９ａの回転に抗する摩擦力を生じる装置として機能する。

クラッチ１９の出力軸１９ａと、複数のトルクリミッタ２５との接続は、適宜な伝達機構（歯車機構３１）を介してなされており、これにより、２つの変位抑制ユニット５による摩擦機構１３の共用が実現され、さらには、任意の数のトルクリミッタ２５の利用が可能となっている。

具体的には、例えば、歯車機構３１は、各トルクリミッタ２５の内輪２７に対して同軸に固定された歯車３３を有している。複数のトルクリミッタ２５は、複数の歯車３３が互いに噛み合うように配置されている。例えば、複数のトルクリミッタ２５は、複数の歯車３３が順次噛み合うように、直線状に乃至はジグザグに、ｘ方向に配列されている。そして、複数のトルクリミッタ２５のいずれかの内輪２７（図２では、ｘ方向の両側の２つ）は、２つのクラッチ１９に直接に連結されている。

なお、図２の例では、２つのクラッチ１９に直接に連結された２つのトルクリミッタ２５は、その間に奇数個のトルクリミッタ２５（歯車３３）が介在していることから、回転方向が互いに同一である。ただし、偶数個のトルクリミッタ２５が介在することにより、これらの回転方向は逆方向であってもよい。

歯車３３及び複数のトルクリミッタ２５は、基体２３により支持されている。例えば、基体２３は、１対の板状部材２３ａを有し、その間にトルクリミッタ２５及び歯車３３を保持するように構成されている。１対の板状部材２３ａの一方には、歯車３３の回転軸（一部はクラッチ１９の出力軸１９ａを兼ねる）を回転可能に支持するための複数の取付孔が形成されている。１対の板状部材２３ａの他方には、外側部品２９を保持する複数の保持部（例えば外側部品２９が回転不可能に嵌合される非円形の孔）が形成されている。

基体２３（１対の板状部材２３ａ）は、トルクリミッタ２５の数が決定された後、その数に応じた構成となるように作製されてもよいし、トルクリミッタ２５の数を適宜に変更できる（トルクリミッタ２５を着脱できる）ように作製されてもよい。後者の場合、トルクリミッタ２５のみを着脱可能であってもよいし、トルクリミッタ２５と共に歯車３３も着脱可能であってもよい。

着脱によりトルクリミッタ２５の数を変更可能な構成は、例えば、図２と同様の構成で実現できる。例えば、基体２３を一部分解して（１対の板状部材２３ａを互いに離間させて）歯車３３及びトルクリミッタ２５を着脱することにより、トルクリミッタ２５及び歯車３３の数は、上記の歯車３３の回転軸を軸支する取付孔及び外側部品２９を保持する保持部の数の範囲内において変更可能である。

この場合、２つのクラッチ１９間の歯車３３の外側に配置される（２つのクラッチ１９間の接続に対して並列に接続される）トルクリミッタ２５及び歯車３３を着脱するための取付孔及び保持部が設けられていれば、変位抑制ユニット５の取り付け位置を変更することなく、トルクリミッタ２５及び歯車３３の数を変更でき、好ましい。

また、板状部材２３ａのトルクリミッタ２５を保持する保持部に、歯車３３の回転軸を軸支する部材を配置して、歯車３３の数は変えずに、トルクリミッタ２５の数のみを変えるようにしてもよい。この場合も、変位抑制ユニット５の取り付け位置を変更する必要は無い。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、変位抑制装置３の動作を説明するための図であり、２つの変位抑制ユニット５それぞれについて、巻き取り部材１５、ばね１８、クラッチ１９及び内輪２７（摩擦機構１３）を模式的に示している。

なお、図３において、クラッチ１９については、その動作の理解を容易にするために、せん断キーが係合する構造のものを例示している。具体的には、以下のとおりである。

クラッチ１９は、巻き取り部材１５の回転が入力される入力側回転部材３５と、入力側回転部材３５の回転が伝達され若しくはその伝達が遮断される出力側回転部材３７と、入力側回転部材３５と出力側回転部材３７との間に介在する介在部材３９とを有している。出力側回転部材３７は、内輪２７に固定されている。

介在部材３９は、入力側回転部材３５の外周面に対して入出可能に構成されており、不図示のスプリングによって入力側回転部材３５の外側へ付勢されている。介在部材３９は、入力側回転部材３５の円周方向の一方側においては、円周方向に対する傾斜が大きく、他方側においては円周方向に対する傾斜が小さく形成されている。出力側回転部材３７には、複数の介在部材３９に対して円周方向において係合可能な複数のせん断キー３７ｂが形成されている。

従って、例えば、図３（ａ）において矢印ｙ３で示すように、入力側回転部材３５が一方側に回転すると、介在部材３９がせん断キー３７ｂに係合して、入力側回転部材３５の回転が出力側回転部材３７に伝達される。一方、図３（ｂ）において矢印ｙ１９で示すように、入力側回転部材３５が他方側に回転すると、介在部材３９とせん断キー３７ｂとの間に作用する力は介在部材３９を入力側回転部材３５に押し込む力に変換され、クラッチ１９は空転する。

図３（ａ）は、免震対象物１０３がｘ方向の正側へ移動する場合（図１（ｂ）参照）を示している。まず、この場合における、第１変位抑制ユニット５Ａ側の動作を説明する。

免震対象物１０３がｘ方向の正側へ移動すると、第１変位抑制ユニット５Ａにおいては、矢印ｙ１で示すように、ワイヤー９が引き出され、また、この引き出しに伴って、巻き取り部材１５は矢印ｙ２で示す方向に回転する。なお、この際、ばね１８は、巻き取り部材１５の回転によって巻き込まれていく。

巻き取り部材１５の回転は、クラッチ１９の入力側回転部材３５に入力され、入力側回転部材３５は、矢印ｙ３で示す方向に回転する。この回転方向は、入力側回転部材３５から出力側回転部材３７に回転が伝達される方向であり、出力側回転部材３７は、矢印ｙ４で示す方向に回転する。

出力側回転部材３７の回転は、摩擦機構１３の内輪２７に入力され、内輪２７は、矢印ｙ５で示す方向に回転する。この際、内輪２７は、摩擦抵抗を外側部品２９から受ける。

以上のとおり、第１変位抑制ユニット５Ａにおいては、摩擦抵抗を受けながらワイヤー９が引き出される。より詳細には、ワイヤー９を引き出す力が摩擦機構１３において生じる最大摩擦力（最大の静止摩擦力）を超えるまでは、ワイヤー９は引き出されない（巻き取り部材１５等は回転しない。）。そして、ワイヤー９を引き出す力が摩擦機構１３において生じる最大摩擦力を超えると、ワイヤー９は引き出され（巻き取り部材１５等は回転し）、この際、ワイヤー９は摩擦機構１３において生じる運動摩擦力を抵抗力として受ける。

一方、第２変位抑制ユニット５Ｂにおいては、免震対象物１０３がｘ方向の正側へ移動すると、矢印ｙ７及びｙ８により示すように、ばね１８の復元力により巻き取り部材１５が回転し、ワイヤー９が巻き取り部材１５に巻き取られる。

巻き取り部材１５の回転は、クラッチ１９の入力側回転部材３５に入力され、入力側回転部材３５は、矢印ｙ９で示す方向に回転する。この回転方向は、入力側回転部材３５から出力側回転部材３７に回転が伝達されない（空転する）方向である。

上述のように、摩擦機構１３の内輪２７は、第１変位抑制ユニット５Ａにおける回転によって矢印ｙ５で示す方向に回転しているから、第２変位抑制ユニット５Ｂにおいて、内輪２７に接続されているクラッチ１９の出力側回転部材３７は、矢印ｙ６で示す方向に回転する。この回転方向は、出力側回転部材３７から入力側回転部材３５に回転が伝達されない（空転する）方向である。

以上のとおり、第２変位抑制ユニット５Ｂにおいては、ばね１５の復元力によってワイヤー９が巻き取られる。この際、クラッチ１９は空転するから、摩擦機構１３は、ワイヤー９の巻き取りを阻害しない。別の観点では、摩擦機構１３は、第２変位抑制ユニット５Ｂに対しては休止状態となっている。

図３（ｂ）は、免震対象物１０３が図３（ａ）の場合とは反対側（ｘ方向の負側）へ移動する場合を示している。この場合における変位抑制装置３の動作は、第１変位抑制ユニット５Ａ側の動作と第２変位抑制ユニット５Ｂ側の動作とが逆になっていることを除いて、図３（ａ）の場合の動作と同様である。

具体的には、第２変位抑制ユニット５Ｂにおいては、ワイヤー９が引き出される（矢印ｙ１１）。この引き出しは、巻き取り部材１５の回転（矢印ｙ１２）、入力側回転部材３５の回転（矢印ｙ１３）、出力側回転部材３７の回転（矢印ｙ１４）及び内輪２７の回転（矢印ｙ１５）を生じさせる。

その一方で、第１変位抑制ユニット５Ａにおいては、ばね１８の復元力によりワイヤー９が巻き取られる（矢印ｙ１７）。この際の巻き取り部材１５の回転（矢印ｙ１８）は、入力側回転部材３５の回転（矢印ｙ１９）を生じさせる。ただし、この入力側回転部材３５の回転及び内輪２７の回転による出力側回転部材３７の回転（矢印ｙ１６）は、いずれもクラッチ１９を空転させる方向である。

以上のとおり、本実施形態の変位抑制装置３は、支持構造物１０１に対する免震対象物１０３の変位を抑制する変位抑制装置であって、２組の変位抑制ユニット５と、２組の変位抑制ユニット５に共用される摩擦機構１３と、を有している。２組の変位抑制ユニット５のそれぞれは、支持構造物１０１に固定される基体２３と、免震対象物１０３に一端側が固定される可撓性を有するワイヤー９と、基体２３に回転可能に支持され、ワイヤー９を他端側から巻き取り可能な巻き取り部材１５と、ワイヤー９を巻き取る方向に巻き取り部材１５を付勢するばね部１７と、巻き取り部材１５のワイヤー９を引き出す方向への回転を伝達するワンウェイクラッチ１９と、を有している。摩擦機構１３は、２組の変位抑制ユニット５のクラッチ１９により巻き取り部材１５のワイヤー９を引き出す方向への回転が伝達されて回転可能な内輪２７と、内輪２７にその回転に抗する減衰力を付与する外側部品２９と、を有している。

従って、図３を参照して説明したように、免震対象物１０３の２方向（例えばｘ方向の正側及び負側）の変位が摩擦機構１３の生じる摩擦抵抗によって抑制される。さらに、本実施形態では、摩擦機構１３が効率的に利用されるとともに、小型化及びコスト削減が期待される。効率的利用等については、具体的には、以下のとおりである。

特許文献１の変位抑制装置を２つ設けることにより、ｘ方向の正側及び負側の双方の変位を抑制することを考える。別の観点では、実施形態の変位抑制装置３において、２つの変位抑制ユニット５間において摩擦機構１３が共用されておらず、２つの変位抑制ユニット５に対応して２つの摩擦機構１３が設けられている場合を考える。

この場合、免震対象物１０３がｘ方向の正側及び負側のいずれかに移動すると、一方の変位抑制ユニット５側においては、ワイヤー９が引き出される動作がなされ、摩擦機構１３が稼働し、他方の変位抑制ユニット５側においては、ワイヤー９が巻き取られる動作がなされ、摩擦機構１３は休止状態となる。すなわち、２つの摩擦機構１３の一方は常に休止状態となる。従って、摩擦機構１３の動作が非効率である。

しかし、本実施形態では、摩擦機構１３は常に稼働することになり、摩擦機構１３が効率的に利用される。また、このように摩擦機構１３が効率的に利用され、ひいては、摩擦機構１３の数を減らせることから、変位抑制装置３の小型化及びコスト削減も期待される。変位抑制装置３の小型化によって、免震システムにおける変位抑制装置３の取付スペースの縮小化が図られるから、変位抑制装置３の免震システムへの適用が容易化される。

なお、本実施形態とは異なり、１組の巻き取り部材１５及びワイヤー９で、ｘ方向の正側及び負側の双方の移動に対して摩擦機構を稼働させることが考えられる。例えば、巻き取り部材１５に対してワイヤー９の長さ方向中央を固定し、ワイヤー９の一端側をｘ方向の一方側に引き出して免震対象物１０３に固定し、ワイヤー９の他端側をｘ方向の他方側に引き出して免震対象物１０３に固定する。また、ばね部１７及びクラッチ１９を設けずに、巻き取り部材１５を直接に摩擦機構１３の内輪２７に固定する。このようにすれば、免震対象物１０３がｘ方向のいずれに移動するときも、ワイヤー９の一端側は引き出され、他端側はその引き出しに伴う巻き取り部材１５の回転により巻き取られ、また、巻き取り部材１５には常に摩擦力が付与される。

しかし、この場合、例えば、ワイヤー９の引き出し量と、ワイヤー９の巻き取り量とが同一でないと、ワイヤー９に弛みが生じたり、逆に、ワイヤー９に過大な張力が加えられたりするおそれがある。すなわち、ワイヤー９の引き出し量とワイヤー９の巻き取り量とが同一でなければならない等の不都合が生じる。

一方、本実施形態では、一方の変位抑制ユニット５におけるワイヤー９の引き出し量と、他方の変位抑制ユニット５におけるワイヤー９の巻き取り量とは同一でなくてもよい。その結果、例えば、２つのワイヤー９間において、その端部の取付位置や、巻き取り部材１５から前記の取付位置までの経路等を互いに異ならせることができる。また、例えば、２つのワイヤー９の延びる方向を、同一方向の互いに逆側（ｘ方向の正負）だけでなく、互いに交差する方向とすることも可能である。また、例えば、免震対象物１０３が、ワイヤー９の延びる方向に対して交差する方向（ｙ方向やｚ方向）に移動しても、その変位抑制に対応することなどができる。このように、本実施形態では、２つの変位抑制ユニット５を用いていることにより、設計の自由度や変位抑制装置の応用性が向上する。

また、本実施形態では、摩擦機構１３は、内輪２７及び外側部品２９（トルクリミッタ２５）を複数有し、且つ、２組の変位抑制ユニット５のワンウェイクラッチ１９から伝達された巻き取り部材１５のワイヤー９を引き出す方向への回転を複数の内輪２７に伝達する伝達機構（歯車機構３１）を更に有する。

従って、トルクリミッタ２５の数の変更により摩擦機構１３の生じる摩擦抵抗の大きさを調整することが容易である。また、伝達機構が歯車機構３１であることにより、小型化、応答性の向上等が期待される。

また、本実施形態では、２組の変位抑制ユニット５それぞれは、ワイヤー９を巻き取り部材１５に整列巻きさせる整列機構２１を更に有する。

その結果、免震対象物１０３の変位抑制に係る摩擦抵抗の大きさのばらつきを小さくすることができる。すなわち、ワイヤー９を巻き取り部材１５に乱巻きした場合においては、その巻かれ方が巻かれる度に異なり、ワイヤー９に加えられる張力及び当該張力に抗する摩擦抵抗がばらつくおそれがあるところ、そのようなおそれが解消される。

また、本実施形態では、変位抑制システム１は、上述したような変位抑制装置３と、巻き取り部材１５と免震対象物１０３との間にてワイヤー９に当接してワイヤー９の向きを変化させるプーリ１１とを有している。

従って、例えば、ワイヤー９の巻き取り部材１５から延びる方向と、ワイヤー９が変位を抑制する方向とを異ならせることができる。また、例えば、ワイヤー９が引き回される範囲を小さくしつつも、免震対象物１０３が基準位置にあるときのワイヤー９の引き出し量（免震対象物１０３が基準位置からワイヤー９が巻き取られる方向へ移動したときに必要となる）を十分に確保することができる。すなわち、取り付け等の自由度が高い。

特に、本実施形態では、２組の変位抑制ユニット５は、平面視において巻き取り部材１５からワイヤー９が引き出される方向が互いに逆（ｘ方向の正側及び負側）になるように配置され、プーリ１１は、２組の変位抑制ユニット５それぞれのワイヤー９を巻き取り部材１５側へ折り返すように２つ設けられていることから、変位抑制システム１の小型化が好適になされる。

＜第２の実施形態＞
図４は、第２の実施形態に係る変位抑制装置の構成を示す模式図である。なお、第１の実施形態の構成と同一又は類似する構成については、第１の実施形態と同一の符号を付す。

第２の実施形態においては、２つの変位抑制ユニット５が同軸に配置されている。そして、２つの変位抑制ユニット５の出力軸１９ａは、同一のトルクリミッタ２２５（内輪２２７）に対して直接に接続されている。なお、内輪２２７及び外側部品２２９は、軸方向両端部に出力軸１９ａを接続可能に構成されている以外は、第１の実施形態の内輪２７及び外側部品２９と同様である。

このように、２つの変位抑制ユニット５は、同軸に配置されてもよく、また、伝達機構（歯車機構３１）は省略されてもよい。なお、第２の実施形態においても、伝達機構を介して、トルクリミッタ２２５（変位抑制ユニット５）に他のトルクリミッタ２５を接続してもよい。

なお、以上の実施形態において、支持構造物１０１は基準物の一例であり、免震対象物１０３は対象物の一例であり、摩擦機構１３は減衰機構の一例であり、ワイヤー９は長尺部材の一例であり、ばね部１７は付勢機構の一例であり、クラッチ１９はワンウェイクラッチの一例であり、内輪２７は回転部材の一例であり、外側部品２９は固定部材の一例であり、歯車機構３１は伝達機構の一例であり、基体２３は基体及び支持機構の一例である。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

本願発明が適用される対象は免震システムに限定されない。換言すれば、基準物及び基準物に対して変位が抑制される対象物は、支持構造物及び免震対象物に限定されない。例えば、特許文献１と同様に、本発明は、免震支承を介さずに床面や地面に載置された設置物の変位抑制に利用されたり、構造物の部材間の変位抑制に利用されたりしてもよい。また、変位抑制装置によって変位が抑制される方向は、水平方向に限定されず、鉛直方向又は鉛直方向の成分を含む方向であってもよい。

本願発明が免震システムに適用される場合において、実施形態では、基体が支持構造物に固定され、ワイヤー（長尺部材）の端部が免震対象物に固定されたが、これとは逆に、基体が免震対象物に固定され、ワイヤーの端部が支持構造物に固定されてもよい。

長尺部材は、ワイヤーに限定されない。例えば、長尺部材は、特許文献１に開示されているような、金属繊維又は樹脂繊維からなる扁平な部材であってもよいし、ゴムベルト、チェーンであってもよい。軽量免震対象物の場合、長尺部材として強度の高いテグスを用いることも可能である。

２つの変位抑制装置の長尺部材は、巻き取り部材から引き出された先端同士が互いに接続されていてもよい。換言すれば、長尺部材は、２つの変位抑制装置に共用されており、その適宜な部位に基準物又は対象物が固定されてもよい。

長尺部材（扁平なものに限定されず、ワイヤー等を含む）は、特許文献１に開示されているように、巻き取り部材の軸方向に１列に且つ半径方向に多層（又は１層）に巻かれるものであってもよい。なお、この場合、巻き取り部材のうち長尺部材が巻かれる胴体部分の軸方向の長さは、例えば、長尺部材の幅（直径）と同等又はそれよりも若干大きい程度である。また、長尺部材が２列以上で巻かれる場合において、実施形態では、整列巻きであることが好ましいことを述べたが、乱巻きであってもよい。

長尺部材を巻き取る方向に巻き取り部材を付勢する付勢機構は、ばね（ぜんまい）を含むものに限定されない。例えば、カウンターウェイトが用いられてもよい。また、例えば、一方の変位抑制ユニットにおける長尺部材の巻き取りに、他方の変位抑制ユニットにおける長尺部材の引き出しの力が利用されてもよい。

減衰機構は、摩擦機構に限定されず、回転部材（内輪２７）にその回転に抗する減衰力を付与することができるものであればよい。ここで、減衰力は、速度に比例する力に限定されず、また、振動の減衰に係るものに限定されず、運動エネルギーの散逸を伴う、変位を抑制する力であるものとする。例えば、減衰機構は、磁力乃至は電磁力を利用するマグネット式のトルクリミッタによって構成されてもよいし、粘性流体中に回転部材が配置されて粘性抵抗を利用するものであってもよい。

ワンウェイクラッチと減衰機構との間に伝達機構（歯車機構３１）が必須でないことは、第２の実施形態において述べたとおりである。また、この伝達機構は、歯車機構に限定されず、例えば、歯車及びチェーンからなる機構であってもよい。また、伝達機構として回転運動を並進運動に変換する機構（例えばリンク機構やボールねじ機構）を用い、減衰機構として並進運動の減衰を行うものを利用してもよい。

プーリは、設けられなくてもよい。また、プーリは、長尺部材を折り返すように配置されるものに限定されず、長尺部材の向きを巻き取り部材からプーリへの方向とは交差する（例えば直交する）方向に変化させるためのものであってもよい。なお、本願においてプーリは、筒状部の両端にフランジが設けられたような形状のものだけでなく、チェーンやタイミングベルト用の歯車を含むものとする。

実施形態の作用効果の説明において言及したように、２つの変位抑制ユニットの長尺部材の引き出し方向（変位抑制方向）は、平面視において互いに逆の方向（ｘ方向の正側及び負側）である必要はなく、平面視において互いに交差する方向であってもよい。なお、本願において、長尺部材が平面視において互いに逆の方向に引き出されているという場合、２つの長尺部材は、平面視において比較的微小な角度（例えば２０°未満）で交差することがあってもよいものとする。長尺部材を巻き取り部材に対して整列巻きすれば、その整列巻きの幅（ｙ方向）に応じた長尺部材の傾きは必ず生じるし、変位抑制システムの取り付けの都合上、真逆にすることが難しいこともあるからである。

実施形態では、巻き取り部材とクラッチの入力側回転部材（３５）との間で回転方向は同一であった。例えば、図３（ａ）において、矢印ｙ２及び矢印ｙ３の方向は同一であった。ただし、これらの間に歯車が介在することなどにより、これらの回転方向は逆方向とされてもよい。同様に、クラッチの出力側回転部材（３７）と、これに直近の回転部材（内輪２７）との間に歯車が介在することなどにより、これらの回転方向は逆方向とされてよい。

このような歯車の配置等は、２つの変位抑制ユニット間で同様に行われる必要はなく、一方のみにおいて行われてもよい。すなわち、２つの変位抑制ユニット間において、巻き取り部材から回転部材（内輪２７）に至るまでの回転方向の維持又は逆転は、互いに異なっていてもよい。

２つの変位抑制ユニット間において、同一部材の回転方向は、適宜に同一又は逆とされてよい。例えば、既に述べたように、実施形態では、２つの巻き取り部材は、ワイヤーを巻き取るときの回転方向（図３（ａ）の矢印ｙ８及び図３（ｂ）の矢印ｙ１８）が互いに同一（同時期という観点では逆）であるが、これとは逆になるようにされてもよい。

また、例えば、実施形態では、２つの出力側回転部材（３７）間に奇数個の歯車（３３）が介在し、これらの回転方向は同一であった。例えば、図３（ａ）において、矢印ｙ４及び矢印ｙ６の方向は同一であった。ただし、２つの出力側回転部材間に偶数個の歯車が介在することなどにより、これらの回転方向は逆方向とされてもよい。

実施形態では、２つの変位抑制ユニットにおいて長尺部材が引き出されるときの回転部材（内輪２７）の回転方向を同一とした。すなわち、図３（ａ）の矢印ｙ５及び図３（ｂ）の矢印ｙ１５は同一であった。しかし、これらは逆方向であってもよい。なお、逆方向にする方法は、例えば、上述のように適宜に歯車を介在させる方法であってもよいし、実施形態の構成において、長尺部材が引き出されるときの２つの巻き取り部材の回転方向（図３（ａ）の矢印ｙ２及び図３（ｂ）の矢印ｙ１２）を互いに逆方向とする方法であってもよい。

なお、２つの変位抑制ユニットに対して長尺部材を引き出す力が同時に加えられる可能性がある実施態様においては、変位抑制装置に過大な負荷が加えられることを避ける観点から、２つの変位抑制ユニットの長尺部材が引き出されるときの回転部材（内輪２７）の回転方向は、実施形態のように同一であることが好ましい。

実施形態では、長尺部材を巻き取る変位抑制ユニットにおいて、入力側回転部材の回転方向及び出力側回転部材の回転方向は、クラッチを空転させるように互いに逆方向であった。例えば、図３（ａ）の矢印ｙ９及び矢印ｙ６は互いに逆方向であった。ただし、これらは、互いに同一方向であってもよい。換言すれば、出力側回転部材の回転方向は実施形態とは逆方向（空転しない方向）であってもよい。

例えば、想定される対象物の速度（減衰機構からの回転によって生じる出力側回転部材の回転速度）に対して、付勢機構（ばね部１７）の復元力（入力側回転部材の回転速度）が十分に大きければ、出力側回転部材が実施形態とは逆方向に回転しても、クラッチは常に空転する。また、例えば、出力側回転部材の回転速度が入力側回転部材の回転速度に対して一時的に速くなり得る実施態様であったとしても、出力側回転部材の回転速度が長尺部材の巻き取りされるべき量の増加速度に対して極端に速く無い限りは、出力側回転部材の回転は、付勢機構と協働して入力側回転部材を回転させて長尺部材の巻き取りに寄与するのみである。

１…変位抑制装置、５Ａ…第１変位抑制ユニット、５Ｂ…第２変位抑制ユニット、１３…摩擦機構（減衰機構）、９…ワイヤー（長尺部材）、１５…巻き取り部材、１７…ばね部（付勢機構）、１９…クラッチ（ワンウェイクラッチ）、２３…基体、２７…内輪（回転部材）、２９…外側部材（固定部材）、１０１…支持構造物（基準物）、１０３…免震対象物（対象物）。

Claims (7)

1. 基準物に対する対象物の変位を抑制する変位抑制装置であって、
   ２組の変位抑制ユニットと、
   前記２組の変位抑制ユニットに共用される減衰機構と、
   前記基準物及び前記対象物の一方に固定され、前記２組の変位抑制ユニットに共用される基体と、
   を有し、
   前記２組の変位抑制ユニットのそれぞれは、
   前記基準物及び前記対象物の他方に一端側が固定される可撓性を有する長尺部材と、
   前記基体に回転可能に支持され、前記長尺部材を他端側から巻き取り可能な巻き取り部材と、
   前記長尺部材を巻き取る方向に前記巻き取り部材を付勢する付勢機構と、
   前記巻き取り部材の前記長尺部材を引き出す方向への回転を伝達するワンウェイクラッチと、を有し、
   前記減衰機構は、
   前記２組の変位抑制ユニットの前記ワンウェイクラッチにより前記巻き取り部材の前記長尺部材を引き出す方向への回転が伝達されて回転可能な回転部材と、
   前記回転部材にその回転に抗する減衰力を付与する固定部材と、を有する
   変位抑制装置。
2. 基準物に対する対象物の変位を抑制する変位抑制装置であって、
   ２組の変位抑制ユニットと、
   前記２組の変位抑制ユニットに共用される減衰機構と、
   前記基準物及び前記対象物の一方に固定される基体と、
   を有し、
   前記２組の変位抑制ユニットのそれぞれは、
   前記基準物及び前記対象物の他方に一端側が固定される可撓性を有する長尺部材と、
   前記基体に回転可能に支持され、前記長尺部材を他端側から巻き取り可能な巻き取り部材と、
   前記長尺部材を巻き取る方向に前記巻き取り部材を付勢する付勢機構と、
   前記巻き取り部材の前記長尺部材を引き出す方向への回転を伝達するワンウェイクラッチと、を有し、
   前記減衰機構は、
   前記２組の変位抑制ユニットの前記ワンウェイクラッチにより前記巻き取り部材の前記長尺部材を引き出す方向への回転が伝達されて回転可能な回転部材と、
   前記回転部材にその回転に抗する減衰力を付与する固定部材と、の組み合わせを複数有し、且つ、
   前記２組の変位抑制ユニットの前記ワンウェイクラッチから伝達された前記巻き取り部材の前記長尺部材を引き出す方向への回転を複数の前記回転部材に伝達する伝達機構を更に有する
   変位抑制装置。
3. 前記伝達機構は歯車機構である
   請求項２に記載の変位抑制装置。
4. 前記減衰機構は、
   複数の前記回転部材を取り付け可能、且つ、前記２組の変位抑制ユニットの前記ワンウェイクラッチからの前記巻き取り部材の前記長尺部材を引き出す方向への回転を前記複数の回転部材に伝達する伝達機構を取り付け可能な支持機構を更に有する
   請求項１に記載の変位抑制装置。
5. 前記長尺部材が引き出されるときの前記回転部材の回転方向は、前記２組の変位抑制ユニット間において互いに同一である
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の変位抑制装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の変位抑制装置と、
   前記巻き取り部材と前記基準物及び前記対象物の前記他方との間にて前記長尺部材に当接して前記長尺部材の向きを変化させるプーリと、
   を有し、
   前記対象物は、前記基準物に対して所定方向において往復移動可能であり、
   前記対象物が前記基準物に対して前記所定方向のいずれか側に移動したとき、前記２組の変位抑制ユニットの一方においては前記巻き取り部材から前記長尺部材が引き出されるとともに、前記２組の変位抑制ユニットの他方においては前記巻き取り部材に前記長尺部材が巻き取られ、且つ、このときの前記長尺部材の引き出し量と前記長尺部材の巻き取り量とが互いに異なる
   変位抑制システム。
7. 前記２組の変位抑制ユニットは、平面視において前記巻き取り部材から前記長尺部材が引き出される方向が互いに逆になるように配置され、
   前記プーリは、前記２組の変位抑制ユニットそれぞれの前記長尺部材を前記巻き取り部材側へ折り返すように２つ設けられている
   請求項６に記載の変位抑制システム。

Images