JP7398348B2 - 摩擦ダンパおよび制振方法 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦ダンパおよびこれを用いた制振方法に関する。

特許文献１には、建物架構のブレース同士を接合するボルト接合部の制振構造として、摩擦力によって振動エネルギーを吸収する摩擦ダンパを用いることが記載されている。

この摩擦ダンパは、ブレースのウェブをスプライスプレートで挟み込み、ウェブとスプライスプレートの間に摩擦板等を設けたものであり、ウェブ、スプライスプレート、摩擦板等を貫通する高力ボルトにナットを締め込んで面圧力を導入することで、面圧力に応じた摩擦力を確保する構成となっている。

特開2000-352113号公報

ただし、特許文献１の摩擦ダンパは、導入する面圧力がナットを締め込む力と同じ値になるため、この力に対応した摩擦力しか得ることができない。

また、特許文献１の摩擦ダンパでは、高力ボルトを通すための長孔がブレースのウェブに設けられるが、この長孔の範囲でしかブレースの変位を許容できない。そのため、大変形の生じ得る免震層や建物間等では使用し難いという課題もある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、大きな摩擦力を効率良く得ることのできる摩擦ダンパ等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための第１の発明は、筒状の外殻部と、前記外殻部の内部に挿入され、ネジを有する軸部と、前記軸部のネジに螺合し、間隔を空けて配置される一組のナットと、各ナットの内側に配置され、内側に向かって折れ曲がった折曲部を両端に有する一組のサポート材と、一組の前記サポート材の前記折曲部の先端に当接し、前記外殻部の内面に接する摩擦部と、を有し、前記ナットを締め込んで前記サポート材を内側に押し込むことで、前記折曲部が広がろうとすることにより前記摩擦部が前記外殻部の内面に押し付けられることを特徴とする摩擦ダンパである。

本発明の摩擦ダンパでは、ナットを締め込んでサポート材を内側に押し込む力（プレストレス力）を、サポート材によって摩擦部を外殻部の内面に向かって押し付ける力（スラスト力）に変換し、この力に応じた摩擦力を確保することができる。特に本発明では、サポート材の折曲部という形状的特徴により、摩擦部を外殻部の内面に向かって押し付ける力が、ナットを締め込んでサポート材を内側に押し込む力より大きくなり、大きな摩擦力を効率良く得ることができる。そのため、部材数が少なく簡易な機構で、コンパクトな構成の摩擦ダンパを提供できる。また本発明の摩擦ダンパは、前記した長孔等によるストロークの制限も無く、小変形から大変形まで対応可能できる。

前記ナットと当該ナットの内側の前記サポート材との間に、弾性体が配置されることが望ましい。
これにより、外力作用時に、サポート材のプレストレス力の変動を抑制することができ、安定した摩擦力を確保することができる。

第２の発明は、建物の振動時に第１の発明の摩擦ダンパの前記軸部が前記外殻部内で進退することにより、前記摩擦部と前記外殻部の内面との間に生じる摩擦力により振動エネルギーが吸収されることを特徴とする制振方法である。
第２の発明は第１の発明の摩擦ダンパを用いた制振方法である。

本発明により、大きな摩擦力を効率良く得ることのできる摩擦ダンパ等を提供することができる。

実施形態に係る摩擦ダンパ１を示す図。 実施形態に係る摩擦ダンパ１の適用例を示す図。 変形例に係る摩擦ダンパ１ａを示す図。 変形例に係る摩擦ダンパ１ｂを示す図。 変形例に係る摩擦ダンパ１ｃを示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る摩擦ダンパ１を示す図である。この摩擦ダンパ１は、図１に示すように、外殻部１０、軸部２０、押圧部３０、取付部４０等を有する。

外殻部１０は筒状の部材であり、軸方向の両端部が端板１１ａ、１１ｂで閉じられる。一方の端板１１ａには孔１１１が設けられる。

また外殻部１０内には、外殻部１０の内部空間において軸部２０を真っ直ぐに保持するための保持板１２が設けられており、当該保持板１２は軸部２０を挿通させるための孔１２１を有する。

外殻部１０内には軸部２０が挿入される。軸部２０は、上記した端板１１ａの孔１１１に通して外殻部１０内に挿入され、その先端が保持板１２の孔１２１を貫通し、外殻部１０内の端板１１ｂ側の室に突出する。軸部２０の基端は外殻部１０の端板１１ａの外側に位置し、板材２２が設けられる。軸部２０の基端と先端の間には、ネジ２１が設けられる。

取付部４０は、摩擦ダンパ１を取り付けるためのものであり、軸部２０の基端の板材２２と、外殻部１０の端板１１ｂとに設けられる。

押圧部３０は、軸部２０に取り付けて外殻部１０内に収納される。押圧部３０は、外殻部１０の内面を摩擦部３５により押圧するものであり、摩擦部３５の他、ダブルナット３１、皿バネ３２、サポート材３３、厚板３４等を有する。また摩擦部３５はスライダ３５１と摩擦材３５２を有する。

ダブルナット３１（ナット）は、軸部２０のネジ２１に螺合するように設けられる。本実施形態ではダブルナット３１が軸部２０の基端側と先端側に間隔を空けて一組配置される。

これらのダブルナット３１の間の中央部では、軸部２０に厚板３４が設けられる。厚板３４は、軸部２０から外殻部１０の内面に向かって軸部２０の両側に突出するように設けられる。各厚板３４の両端は、軸部２０とスライダ３５１に設けた凹部２３、３５３のそれぞれに挿入される。

スライダ３５１の凹部３５３と反対側の面には、摩擦材３５２が取り付けられており、この摩擦材３５２が外殻部１０の内面に接する。

軸部２０の基端側と先端側のダブルナット３１の間では、皿バネ３２とサポート材３３が軸部２０の基端側と先端側に一組配置される。

皿バネ３２とサポート材３３はダブルナット３１から内側へとこの順に設けられる。ここで、内側とは、軸部２０に沿って厚板３４に向かう方向をいい、その反対の方向は外側というものとする。

皿バネ３２は、軸部２０の軸方向に伸縮する弾性体である。皿バネ３２は、軸部２０を通すための孔３２１を有する。

サポート材３３は、摩擦部３５を外殻部１０の内面に押し付けるものである。サポート材３３は例えば帯状の鋼板の両端を折り曲げて形成され、鋼板には例えばSS400、SM490などの鋼材が用いられる。サポート材３３には、軸部２０を通すための孔３３１も設けられる。

サポート材３３は、両端の折曲部が内側に折れ曲がるように配置される。折曲部の先端は、摩擦部３５のスライダ３５１に当接している。

摩擦ダンパ１では、軸部２０の基端側と先端側のダブルナット３１のそれぞれについて、内側と外側のナットを順に締め込むことで、これら一組のダブルナット３１の間隔を小さくできる。ダブルナット３１の間隔が縮まることで、皿バネ３２を介してサポート材３３が内側に押し込められる。ダブルナット３１のうち外側のナットは、内側のナットの位置を固定する役割を有し、これによりダブルナット３１間の間隔を維持できる。ただし、ダブルナット３１に代えて通常の（一重の）ナットを用いてもよい。

ダブルナット３１によりサポート材３３が内側に押し込められることで、サポート材３３の折曲部が矢印ａに示すように広がろうとする。これにより、摩擦部３５を外殻部１０の内面に向かって押し付ける力が発生する。

地震や強風時に建物が振動し、外力が矢印ｂに示すように軸部２０の軸方向に働いた際は、軸部２０が外殻部１０内で進退する。この際、軸部２０からの力が厚板３４に伝わり、摩擦部３５が外殻部１０の内面に沿って往復移動するように働く。摩擦材３５２と外殻部１０の内面の間には摩擦力が生じ、振動エネルギーがこの摩擦力により吸収され、建物の振動が抑制される。

前記した皿バネ３２は、外力作用時に、ダブルナット３１によりサポート材３３を内側に押し込む力（プレストレス力）の変動を抑制するために設けられる。

すなわち、外力作用時には、ダブルナット３１から厚板３４の範囲で生じる微小変形（例えば軸部２０のたわみ等）により、サポート材３３のプレストレス力が抜ける恐れがあるが、本実施形態では上記の微小変形に応じた皿バネ３２の伸縮により、サポート材３３のプレストレス力の変動がほぼゼロに抑制される。

本実施形態の摩擦ダンパ１は、図２（ａ）に側面を示すように、例えば、両端の取付部４０を柱１００と梁２００の接合箇所に設けたジョイント部３００に取付けて、建物の架構内や免震層等に設置することができる。その他、図２（ｂ）に平面で示すように、両端の取付部４０を建物の柱１００と梁２００の接合箇所に設けたジョイント部３００に取付けるなどして、隣り合う建物同士の間に設置してもよい。

また、図２（ｃ）に側面を示すように、摩擦ダンパ１の一方の取付部４０を省略してブレースなどの軸状部材４００を直接摩擦ダンパ１に剛接合し、残りの取付部４０を柱１００と梁２００の接合箇所に設けたジョイント部３００に取付けて、摩擦ダンパ１を建物の架構内や免震層等に設置することもできる。これは、建物間に摩擦ダンパ１を設置する図２（ｂ）のケースにおいても同様である。

さらに、図２（ｄ）に側面を示すように、柱１００と梁２００による構面内において、摩擦ダンパ１の一方の取付部４０を柱１００（または梁２００）に設けたジョイント部３００に取付け、他方の取付部４０をＶ字型ブレース５００の頂点のプレート５０１に設けたジョイント部３００に取付けることで、摩擦ダンパ１の設置を行ってもよい。

以上説明したように、本実施形態の摩擦ダンパ１では、ナットを締め込んでサポート材３３を内側に押し込む力（プレストレス力）を、サポート材３３によって摩擦部３５を外殻部１０の内面に向かって押し付ける力（スラスト力）に変換し、この力に応じた摩擦力を確保することができる。

特に本実施形態では、サポート材３３の折曲部という形状的特徴により、摩擦部３５を外殻部１０の内面に向かって押し付ける力が、ナットを締め込んでサポート材３３を内側に押し込む力より大きくなり、大きな摩擦力を効率良く得ることができる。そのため、部材数が少なく簡易な機構で、コンパクトな構成の摩擦ダンパ１を提供できる。摩擦部３５を外殻部１０の内面に向かって押し付ける力が、ナットを締め込んでサポート材３３を内側に押し込む力からどの程度大きくなるかは、サポート材３３の折曲部の角度等によって変化し、任意に調整が可能である。

また本実施形態の摩擦ダンパ１は、前記した長孔等によるストロークの制限も無く、外殻部１０、軸部２０等の設計により小変形だけでなく大変形まで対応可能である。すなわち、本実施形態の摩擦ダンパ１の機構であれば、必要なストロークに合わせてダブルナット３１と端板１１ａ（又は保持板１２）までの離隔を設計すれば良く、それにより免震層や建物間などに設置するダンパに求められるロングストロークを容易に確保することができる。

また本実施形態では、外力作用時のサポート材３３のプレストレス力の変動を皿バネ３２により緩和することができ、プレストレス力の変動を、皿バネ３２を入れない場合に比べてほぼゼロとみなせるほどに抑制し、安定した摩擦力を確保することができる。

しかしながら、本発明は上記の実施形態に限らない。例えば変形例に係る図３の摩擦ダンパ１ａの押圧部３０ａに示すように、厚板３４を省略することも可能である。図３の例では、サポート材３３の折曲部の先端が、摩擦部３５ａのスライダ３５１ａに設けた突起部３５４の両側で、スライダ３５１ａに当接している。

係る構成により厚板３４を省略し、部材数を減らすことでよりシンプルな構成となり、摩擦ダンパ１ａの製作が容易でコストも低減できる。この摩擦ダンパ１ａでは、厚板３４を省略することで、サポート材３３の変形によるプレストレス力の変動が生じるため、その低減のために皿バネ３２が必須となる。一方、第１の実施形態では、剛性の高い厚板３４を用いることで、外力作用時の摩擦部３５への外力伝達系の構成（軸部２０－厚板３４－摩擦部３５）が剛となり、サポート材３３のプレストレス力の変動をより低減することができる。

その他、変形例に係る図４の摩擦ダンパ１ｂに示すように、複数の押圧部３０を軸部２０の軸方向に沿って設け、より大きな摩擦力を確保することもできる。この場合の摩擦力は押圧部３０の数に比例し、例えば押圧部３０を２つ設けた場合の摩擦力は、押圧部３０を１つ設けた場合の２倍になり、押圧部３０を３つ設けた場合の摩擦力は、押圧部３０を１つ設けた場合の３倍になる。押圧部３０を設ける数は、必要な摩擦力や摩擦ダンパ１の長さなどにより定められ、特に限定されない。

さらに、変形例に係る図５の摩擦ダンパ１ｃに示すように、複数のサポート材３３を軸部２０の軸方向に重ねて用いてもよく、これにより摩擦部３５を外殻部１０の内面に大きな力で押し付け、大きな摩擦力を確保できる。この場合の摩擦力もサポート材３３の数に比例し、例えばサポート材３３を２つ重ねて配置した場合の摩擦力は、サポート材３３を１つ配置した場合の２倍になり、サポート材３３を３つ重ねて配置した場合の摩擦力は、サポート材３３を１つ配置した場合の３倍になる。図５の例では３枚のサポート材３３を重ねているが、重ねて配置するサポート材３３の数は必要な摩擦力等に応じて定めることができ、軸部２０の基端側と先端側で同数であれば任意に設定可能である。さらに、サポート材３３と厚板３４との間の摩擦力が、摩擦部３５を外殻部１０の内面に押し付ける力を減殺するような場合は、サポート材３３と厚板３４との間にステンレス板などの滑動材を設けることも可能である。

また図５のようにサポート材３３の枚数を増やす場合には、これに応じて皿バネ３２の耐力を向上させるか、または複数の皿バネ３２を直列配置することも可能である。このように、皿バネ３２の枚数も、軸部２０の基端側と先端側で同数であれば特に限定されることはない。

また、摩擦ダンパ１を適用する建物やその構造形式なども特に限定されず、どのような建物、構造形式でもジョイント部３００等を設ければ取り付けることが出来る。また摩擦ダンパ１は新築時に設けることも可能であるし、改修工事、補強工事において既存の建物に設けることも可能である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ：摩擦ダンパ
１０：外殻部
２０：軸部
２１：ネジ
３０：押圧部
３１：ダブルナット
３２：皿バネ
３３：サポート材
３４：厚板
３５：摩擦部
３５１：スライダ
３５２：摩擦材
４０：取付部
１００：柱
２００：梁
３００：ジョイント部
４００：軸状部材

Claims (3)

1. 筒状の外殻部と、
   前記外殻部の内部に挿入され、ネジを有する軸部と、
   前記軸部のネジに螺合し、間隔を空けて配置される一組のナットと、
   各ナットの内側に配置され、内側に向かって折れ曲がった折曲部を両端に有する一組のサポート材と、
   一組の前記サポート材の前記折曲部の先端に当接し、前記外殻部の内面に接する摩擦部と、
   を有し、
   前記ナットを締め込んで前記サポート材を内側に押し込むことで、前記折曲部が広がろうとすることにより前記摩擦部が前記外殻部の内面に押し付けられることを特徴とする摩擦ダンパ。
2. 前記ナットと当該ナットの内側のサポート材との間に、弾性体が配置されたことを特徴とする請求項１記載の摩擦ダンパ。
3. 建物の振動時に請求項１または請求項２記載の摩擦ダンパの前記軸部が前記外殻部内で進退することにより、前記摩擦部と前記外殻部の内面との間に生じる摩擦力により振動エネルギーが吸収されることを特徴とする制振方法。

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