JP6317865B2

JP6317865B2 - 摩擦ダンパー

Info

Publication number: JP6317865B2
Application number: JP2014070643A
Authority: JP
Inventors: 真濱田
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2014-03-29
Filing date: 2014-03-29
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-03-29
Also published as: JP2015190611A

Description

本発明は、互いに接触する一方の部材と他方の部材との摩擦を利用してエネルギーを吸収する摩擦ダンパーに関する。

例えば建物架構の振動を抑制するための摩擦ダンパーとして、互いに平行に配置された一方の部材の平面と他方の部材の平面とを接触させ、接触している平面と平面との間に作用している静止摩擦力（摩擦荷重）以上の力が作用した場合に平面同士が互いに滑り始めて一方の部材と他方の部材とが相対移動するように構成された摩擦ダンパーが知られている（例えば特許文献１等参照）。この摩擦ダンパーの摩擦荷重−変位履歴曲線は、図３に示すようになる。

特開２０１２−１０２８８０号公報

上述した摩擦ダンパーは、互いに平行に配置されて接触する平面同士の摩擦を利用しているため、一方の部材と他方の部材とが相対移動しているときの接触している平面と平面との間に作用している動摩擦力（摩擦荷重）は常に一定であり、エネルギー吸収量（＝履歴面積＝摩擦荷重Ｆ×変位δ）を大きくできない。
本発明は、エネルギー吸収量を大きくすることが可能な摩擦ダンパーを提供する。

本発明に係る摩擦ダンパーは、一方の部材の面と他方の部材の面とが弾性体の弾性による圧縮力によって押し付けられて互いに接触し、接触している面間に作用している静止摩擦力以上の力が作用した場合に面同士が滑り始めて一方の部材と他方の部材とが相対移動するように構成された摩擦ダンパーであって、面同士が滑り始めた後に接触している面間に作用する動摩擦力が次第に大きくなるように構成された摩擦ダンパーにおいて、一方の部材の面が湾曲凹面に形成され、他方の部材の面が前記湾曲凹面と接触する湾曲凸面に形成され、かつ、湾曲凸面の曲率と湾曲凹面の曲率との関係が、湾曲凸面の曲率≦湾曲凹面の曲率となるように構成されたので、エネルギー吸収量を大きくできるとともに、面同士が滑り始めた後に接触している面間に作用する動摩擦力が次第に大きくなる動作信頼性の高い摩擦ダンパーを得ることができる。
また、板と、当該板の両方の平板面に面接触するように設けられた一対の挟み板とを備え、前記湾曲凹面が、前記板の両方の平板面の板面をそれぞれ窪ませることによって形成された一対の湾曲凹面により構成されたとともに、前記湾曲凸面が、前記一対の挟み板の互いに向かい合う板面にそれぞれ設けられた弾性体により弾性支持されて前記一対の湾曲凹面にそれぞれ接触するように形成された一対の湾曲凸面により構成されたので、２つの摩擦構成部を備えた構成となり、エネルギー吸収量をより大きくできる摩擦ダンパーとなる。
また、板と、当該板の両方の平板面に面接触するように設けられた一対の挟み板とを備え、前記湾曲凹面が、前記一対の挟み板の互いに向か合う板面をそれぞれ窪ませることによって形成された一対の湾曲凹面により構成されるとともに、前記湾曲凸面が、前記板の両方の平板面にそれぞれ設けられた弾性体により弾性支持されて前記一対の湾曲凹面にそれぞれ接触するように形成された一対の湾曲凸面により構成されたので、２つの摩擦構成部を備えた構成となり、エネルギー吸収量をより大きくできる摩擦ダンパーとなる。
また、板と、当該板の両方の平板面に面接触するように設けられた一対の挟み板とを備え、前記一対の挟み板のうちの一方の挟み板の板面を窪ませることによって形成された湾曲凹面と、当該湾曲凹面と向かい合う前記板の一方の平板面に設けられた弾性体により弾性支持されて前記湾曲凹面に接触するように形成された湾曲凸面と、で構成された一方の摩擦構成部と、前記板の他方の平板面の板面を窪ませることによって形成された湾曲凹面と、当該湾曲凹面と向かい合う他方の挟み板の板面に設けられた弾性体により弾性支持されて前記湾曲凹面に接触するように形成された湾曲凸面と、で構成された他方の摩擦構成部と、を備えたので、異なる態様の２つの摩擦構成部を備えた構成となり、エネルギー吸収量をより大きくできる摩擦ダンパーとなる。

実施形態１の摩擦ダンパーを示し、（ａ）は摩擦ダンパーの平面図、（ｂ）は摩擦ダンパーの断面図。実施形態１の摩擦ダンパーの摩擦荷重−変位履歴曲線を示す図。従来の摩擦ダンパーの摩擦荷重−変位履歴曲線を示す図。実施形態１の摩擦ダンパーの変形例を示す図。

実施形態１
実施形態１の摩擦ダンパー１は、図１に示すように、一直線に沿った一方方向及び他方方向に相対移動可能に構成された第１部材１０と第２部材２０とを備える。尚、前記一直線に沿った一方方向及び他方方向を、以下、「移動方向」という。

一方の部材としての第１部材１０は、移動方向に延長する板により形成される。第１部材１０は、板の一方の平板面１２の他端側に移動方向に沿って湾曲する湾曲凹面１１を備える。即ち、当該湾曲凹面１１は、平板の他端側の一方の板面を窪ませることによって移動方向に沿って湾曲する凹面に形成された構成である。
第２部材２０は、移動方向に延長して第１部材１０の板を挟み込むように第１部材１０の板の両方の平板面１２；１３に面接触するように設けられた一対の挟み板２１；２２と、湾曲凹面１１と向かい合って対向する挟み板２１の板面２３に設けられた弾性体２４と、当該弾性体２４により弾性支持されて湾曲凹面１１と接触する他方の部材としての接触面構成体２５と、第１部材１０の板を挟み込む挟み板２１；２２の対向間隔を一定に保持する保持部材３０とを備える。

挟み板２１；２２は、移動方向に延長する平板により形成される。
弾性体２４は、例えば、ばね、又は、ゴムであり、湾曲凹面１１と向かい合って対向する一方の挟み板２１の板面２３に固定されている。
接触面構成体２５は、湾曲凹面１１と対向する一方の挟み板２１の板面２３に沿って移動方向と直交する方向に延長するように弾性体２４に固定された棒状板材により形成され、湾曲凹面１１と接触する接触面が移動方向に沿って湾曲する湾曲凸面２６となるように形成される。
接触面構成体２５の湾曲凸面２６の曲率及び第１部材１０の湾曲凹面１１の曲率の関係は、湾曲凸面２６の曲率≦湾曲凹面１１の曲率となるように構成されることで、面同士が滑り始めた後に接触している面間に作用する動摩擦力が次第に大きくなる動作の信頼性を高めることができ、動作信頼性の高い摩擦ダンパーを得ることができる。

保持部材３０は、一対の挟み板２１；２２の他端側において互いに対向する板面２３；２７間に挟み込まれた間隔保持板３１と、当該一対の挟み板２１；２２の他端側及び間隔保持板３１に形成された図外のボルト通し孔３２；３３；３２に通されるボルト３４と、ボルト通し孔３２；３３；３２を貫通したボルト３４の先端側に螺着されてボルト３４に締結されたナット３５と、一対の挟み板２１；２２の一端側において互いに対向する板面２３；２７間に挟み込まれた第１部材１０の板の一端側において移動方向に長く延長するように形成されたボルト通し長孔３６と、当該一対の挟み板２１；２２の一端側に形成されたボルト通し孔３７；３７及びボルト通し長孔３６に通されるボルト３８と、ボルト通し孔３７、ボルト通し長孔３６、ボルト通し孔３７を貫通したボルト３８の先端側に螺着されてボルト３８に締結されたナット３９とを備えて構成される。

そして、湾曲凹面１１と向かい合う挟み板２１の板面２３との距離が最大となる湾曲凹面１１の底位置に接触面構成体２５の湾曲凸面２６が位置されるように、第１部材１０の板を一対の挟み板２１；２２で挟み込んで、ボルト通し孔３２；３３；３２に通したボルト３４及び、ボルト通し孔３７、ボルト通し長孔３６、ボルト通し孔３７に通したボルト３８にそれぞれナット３５；３９を締結することによって、弾性体２４が接触面構成体２５を湾曲凹面１１に押し付けて接触する接触面構成体２５の湾曲凸面２６と湾曲凹面１１との間に所望の静止摩擦力が作用するように構成された摩擦ダンパー１となる。

次に実施形態１の摩擦ダンパー１の作用について説明する。
例えば、図外の既存建物の柱及び梁で構成されたフレームにブレースを設置して既存建物を制振構造とする場合において、当該ブレースの一端側をフレームに一部に連結し、かつ、ブレースの他端に摩擦ダンパー１の第１部材１０の一端側を連結するとともに、摩擦ダンパー１の第２部材２０の間隔保持板３１をフレームの他部に連結した場合において、既存建物に地震力が加わって、摩擦ダンパー１に接触面構成体２５の湾曲凸面２６と湾曲凹面１１との間に作用している静止摩擦力以上の力が作用した場合、接触面構成体２５の湾曲凸面２６と湾曲凹面１１とが互いに滑り始め、第１部材１０と第２部材２０とが相対移動し始める。そして、滑り始めた後は、湾曲凹面１１と向かい合う挟み板２１の板面２３と湾曲凹面１１との距離が狭くなる方向に接触面構成体２５が移動することになるため、弾性体２４が縮小して接触面構成体２５に付与される圧縮力が大きくなり、接触している湾曲凸面２６と湾曲凹面１１との間に作用する動摩擦力（摩擦荷重）が次第に大きくなるように変化する。

即ち、実施形態１の摩擦ダンパー１の摩擦荷重−変位履歴曲線は、図２に示すようになる。
一方、上述したように、一方の部材の平面と他方の部材の平面とを接触させ、接触する平面と平面との間に作用している静止摩擦力以上の力が作用した場合に平面同士が滑り始めて一方の部材と他方の部材とが相対移動するように構成された従来の摩擦ダンパーの場合、当該摩擦ダンパーの摩擦荷重−変位履歴曲線は、図３に示すようになる。
図２と図３とを見比べてわかるように、摩擦ダンパー１では、接触している湾曲凸面２６と湾曲凹面１１との間に作用する動摩擦力が次第に大きくなるように変化するのに対して、従来の摩擦ダンパーでは、接触している平面と平面との間に作用する動摩擦力が一定である。

従って、実施形態１の摩擦ダンパー及び従来の摩擦ダンパーの静止摩擦力を同じにして同じ量だけ変位させた場合、図２；図３から明らかなように、実施形態の摩擦ダンパー１の方が従来の摩擦ダンパーと比べてエネルギー吸収量（摩擦荷重Ｆ×変位δ）が大きくなる。

つまり、実施形態１の摩擦ダンパー１と従来の摩擦ダンパーと比べた場合、実施形態１の摩擦ダンパーでは、以下のような利点がある。
（１）摩擦ダンパーの移動ストロークを同じとした場合、湾曲凸面２６と湾曲凹面１１との間に作用する動摩擦力が次第に大きくなるので、摩擦ダンパーが取付けられた構造物の変形量を小さくできる。
（２）同じエネルギー吸収量を得るために必要な摩擦ダンパーの移動ストロークを短く出来るために、摩擦ダンパーの小型化が可能となる。

このように、実施形態１の摩擦ダンパー１は、第１部材１０の湾曲凹面１１と接触面構成体２５の湾曲凸面２６とが保持部材３０で押圧された弾性体２４の弾性による圧縮力によって押し付けられて接触し、接触している湾曲凹面１１と湾曲凸面２６との間に作用している静止摩擦力以上の力が作用した場合に湾曲凹面１１及び湾曲凸面２６の面同士が滑り始めて第１部材１０と接触面構成体２５とが相対移動するように構成されており、湾曲凹面１１及び湾曲凸面２６の面同士が滑り始めた後に接触している湾曲凹面１１と湾曲凸面２６との間に作用する動摩擦力が次第に大きくなるので、エネルギー吸収量を大きくできる。

実施形態２
第１部材１０の板の他方の平板面１３にも湾曲凹面を形成するとともに、他方の挟み板２２に弾性体を固定し、当該湾曲凹面と接触する接触面構成体を当該弾性体に固定するように構成しても良い。即ち、図１（ｂ）の上部に構成された接触面構成体２５の湾曲凸面２６と湾曲凹面１１との上部摩擦構成部と、図１（ｂ）の下部に構成された接触面構成体の湾曲凸面と湾曲凹面との下部摩擦構成部と、を備えた摩擦ダンパーとしてもよい。
つまり、板である第１部材１０と、第１部材１０の板の両方の平板面１２；１３に面接触するように設けられた一対の挟み板２１；２２とを備え、湾曲凹面が、第１部材１０の板の両方の平板面１２；１３の板面をそれぞれ窪ませることによって形成された一対の湾曲凹面により構成され、かつ、湾曲凸面が、一対の挟み板２１；２２の互いに向かい合う板面２３；２７にそれぞれ設けられた弾性体により弾性支持されて前記一対の湾曲凹面にそれぞれ接触するように形成された一対の湾曲凸面により構成された摩擦ダンパーとしてもよい。
当該摩擦ダンパーによれば、２つの摩擦構成部を備えた構成となるので、エネルギー吸収量をより大きくできる摩擦ダンパーを得ることができる。

実施形態３
また、一対の挟み板２１；２２の互いに向かい合う板面２３；２７のうちの少なくとも一方に湾曲凹面を設け、当該湾曲凹面と向かい合う第１部材１０の板の平板面に設けられた弾性体により弾性支持されて前記湾曲凹面に接触するように形成された湾曲凸面を備えた構成の摩擦ダンパーとしてもよい。当該摩擦ダンパーであっても実施形態１の摩擦ダンパーと同様な効果が得られる。

実施形態４
また、板である第１部材１０と、第１部材１０の両方の平板面１２；１３に面接触するように設けられた一対の挟み板２１；２２とを備え、湾曲凹面が、一対の挟み板２１；２２の互いに向か合う板面２３；２７をそれぞれ窪ませることによって形成された一対の湾曲凹面により構成されるとともに、湾曲凸面が、第１部材１０の板の両方の平板面１２；１３にそれぞれ設けられた弾性体により弾性支持されて前記一対の湾曲凹面にそれぞれ接触するように形成された一対の湾曲凸面により構成された摩擦ダンパーとしてもよい。
当該摩擦ダンパーであっても、２つの摩擦構成部を備えた構成となるので、エネルギー吸収量をより大きくできる摩擦ダンパーとなる。

実施形態５
また、板である第１部材１０と、第１部材１０の両方の平板面１２；１３に面接触するように設けられた一対の挟み板２１；２２とを備え、一対の挟み板２１；２２のうちの一方の挟み板の板面を窪ませることによって形成された湾曲凹面と、当該湾曲凹面と向かい合う第１部材１０の一方の平板面に設けられた弾性体により弾性支持されて前記湾曲凹面に接触するように形成された湾曲凸面と、で構成された一方の摩擦構成部と、第１部材１０の他方の平板面の板面を窪ませることによって形成された湾曲凹面と、当該湾曲凹面と向かい合う他方の挟み板の板面に設けられた弾性体により弾性支持されて前記湾曲凹面に接触するように形成された湾曲凸面と、で構成された他方の摩擦構成部と、を備えた構成の摩擦ダンパーとしてもよい。
当該摩擦ダンパーであっても、異なる態様の２つの摩擦構成部を備えた構成となるので、エネルギー吸収量をより大きくできる摩擦ダンパーとなる。

実施形態６
各実施形態１乃至５でそれぞれ説明した摩擦ダンパーを複数積層した構成の摩擦ダンパーとしてもよい。当該積層構成の摩擦ダンパーの場合、エネルギー吸収量をさらに大きくできるようになる。

実施形態７
また、図４に示すように、第１部材１０の凹面を、第１部材１０の板の平板面１２；１３と平行な平面１１ａと当該平面１１ａの一端及び他端から互いに離れる方向に傾斜する傾斜面１１ｂ；１１ｃとで構成された凹面１１Ａとしてもよい。
この場合、当該凹面１１Ａと接触する上記接触面構成体２５の接触面は、平面１１ａと傾斜面１１ｂとの境界１１ｅ、及び、平面１１ａと傾斜面１１ｃとの境界１１ｆを接触面構成体２５が乗り越えやすいような湾曲凸面２６に形成することが好ましいが、接触面構成体２５の接触面を平面に形成して当該平面の移動方向の両端縁部が湾曲凸面となるように丸められた構成としても良い。

実施形態８
また、上記では、第１部材１０を一対の挟み板２１；２２で挟み込むタイプの摩擦ダンパー１を例示したが、一対の挟み板２１；２２の代わりに筒体を設け、当該筒体の内側に第１部材１０を設けるようにした筒タイプの摩擦ダンパーとすることも可能である。

１摩擦ダンパー、１０第１部材、１１湾曲凹面、２０第２部材、
２４弾性体、２５接触面構成体、２６湾曲凸面。

Claims

一方の部材の面と他方の部材の面とが弾性体の弾性による圧縮力によって押し付けられて互いに接触し、接触している面間に作用している静止摩擦力以上の力が作用した場合に面同士が滑り始めて一方の部材と他方の部材とが相対移動するように構成された摩擦ダンパーであって、
面同士が滑り始めた後に接触している面間に作用する動摩擦力が次第に大きくなるように構成された摩擦ダンパーにおいて、
一方の部材の面が湾曲凹面に形成され、他方の部材の面が前記湾曲凹面と接触する湾曲凸面に形成され、かつ、湾曲凸面の曲率と湾曲凹面の曲率との関係が、湾曲凸面の曲率≦湾曲凹面の曲率となるように構成されたことを特徴とする摩擦ダンパー。
板と、当該板の両方の平板面に面接触するように設けられた一対の挟み板とを備え、
前記湾曲凹面が、前記板の両方の平板面の板面をそれぞれ窪ませることによって形成された一対の湾曲凹面により構成されたとともに、前記湾曲凸面が、前記一対の挟み板の互いに向かい合う板面にそれぞれ設けられた弾性体により弾性支持されて前記一対の湾曲凹面にそれぞれ接触するように形成された一対の湾曲凸面により構成されたことを特徴とする請求項１に記載の摩擦ダンパー。
板と、当該板の両方の平板面に面接触するように設けられた一対の挟み板とを備え、
前記湾曲凹面が、前記一対の挟み板の互いに向か合う板面をそれぞれ窪ませることによって形成された一対の湾曲凹面により構成されるとともに、前記湾曲凸面が、前記板の両方の平板面にそれぞれ設けられた弾性体により弾性支持されて前記一対の湾曲凹面にそれぞれ接触するように形成された一対の湾曲凸面により構成されたことを特徴とする請求項１に記載の摩擦ダンパー。
板と、当該板の両方の平板面に面接触するように設けられた一対の挟み板とを備え、
前記一対の挟み板のうちの一方の挟み板の板面を窪ませることによって形成された湾曲凹面と、当該湾曲凹面と向かい合う前記板の一方の平板面に設けられた弾性体により弾性支持されて前記湾曲凹面に接触するように形成された湾曲凸面と、で構成された一方の摩擦構成部と、
前記板の他方の平板面の板面を窪ませることによって形成された湾曲凹面と、当該湾曲凹面と向かい合う他方の挟み板の板面に設けられた弾性体により弾性支持されて前記湾曲凹面に接触するように形成された湾曲凸面と、で構成された他方の摩擦構成部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の摩擦ダンパー。