JP2007016948A - 摩擦ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで簡易に大きな摩擦力を得ることができる摩擦ダンパを提供する。
【解決手段】 摩擦ダンパ１は、外板７ａと外板７ｂで中板３およびつなぎ板５を挟み、ボルト１３とナット１５により弾性体１１を介して押圧して組み立てられた構造になっている。
中板３の両面には三角形状の溝部２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂが設けられており、外板７ａの片面には三角形状の凸部２１ａ、２１ｂが設けられている。また、外板７ｂの片面には三角形状の凸部２７ａ、２７ｂが設けられている。
中板３が外板７ａと外板７ｂの間を移動すると、凸部２１ａ、２１ｂと溝部２３ａ、２３ｂの間で摩擦力が発生し、凸部２７ａ、２７ｂと溝部２５ａ、２５ｂの間で摩擦力が発生するが、この際、中板３と外板７ａ、外板７ｂ間で発生する見かけの摩擦係数は、各溝部と凸部とが摺接する摺動面を傾斜させることにより大きくすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建築物や橋梁等の構造物の制震に用いられる摩擦ダンパに関するものである。

従来、柱と梁により構成される構造物の耐震性を高めるために、筋違や方杖等の耐震部材が用いられているが、構造物の耐震性能を向上させるために、構造物にダンパ等の制震装置を設ける場合がある。

ダンパには、流体抵抗を利用した油圧ダンパ、部材同士の摩擦抵抗を利用した摩擦ダンパ、鋼材等の金属の塑性変形を利用した履歴型ダンパ等があるが、中でも摩擦ダンパを用いた制震装置は、保守が容易であることから、広く用いられている。

摩擦ダンパは通常、複数の板をボルト等の締結手段を用いて締め付けることによって、板同士の接触面に発生する摩擦力を調整しており、以下のようなものが知られている（特許文献１）。
特開平１１-３４３６７５号公報

しかしながら、このような摩擦ダンパでは、大きな摩擦力を得ようとする場合、ボルトの軸力を大きくしなければならないため、ボルトの本数や径を増やさなければならず、装置が大型化し、コストが高くなっていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は低コストで簡易に大きな摩擦力を得ることができる摩擦ダンパを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、互いに摺動可能に設けられた複数の部材と、前記複数の部材を押圧する押圧手段と、を具備し、前記複数の部材のうちの第１の部材は、一面に凸部が設けられ、前記第１の部材と対向する第２の部材の一面には、前記凸部と摺接する溝部が設けられ、前記凸部と前記溝部とが摺接する摺動面は、摺動方向と押圧方向で形成される平面に対して傾斜して設けられ、前記凸部と前記溝部の摺動時の摩擦によりエネルギ吸収を行うことを特徴とする摩擦ダンパである。
前記第１の部材の一面には凸部および／または溝部が設けられ、前記第２の部材の一面には前記凸部および／または前記溝部と摺接する溝部および／または凸部が設けられてもよい。
前記凸部または前記溝部の摺動方向に直交する断面の断面形状は、三角形、台形状、その他の多角形状または略円形状であってもよい。

本発明によれば、低コストで簡易に大きな摩擦力を得ることができる摩擦ダンパを提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る摩擦ダンパ１を示す斜視図であって、図２は図１の断面図である。また、図３は図１のＡ１方向矢視図である。

図１、図２および図３に示すように、摩擦ダンパ１は、外板７ｂの上面に中板３およびつなぎ板５が設けられており、中板３およびつなぎ板５の上面には、外板７ａが、中板３およびつなぎ板５をまたぐように設けられている。
すなわち、外板７ａと外板７ｂで中板３およびつなぎ板５を挟み込むような構造になっている。
また、外板７ａの上面には弾性体１１が設けられている。

図２に示すように、中板３の長手方向には、長穴９が設けられており、ボルト１３が、弾性体１１、外板７ａ、長穴９および外板７ｂを貫通して設けられている。
ボルト１３の一端には、ナット１５が設けられている。

また、ボルト１７ａ、１７ｂが、外板７ａ、つなぎ板５および外板７ｂを貫通して設けられており、ボルト１７ａ、１７ｂの一端にはナット１９ａ、１９ｂが設けられている。

中板３は図１のＢ方向およびＣ方向に移動可能であり、その際に中板３と、外板７ａ、外板７ｂとの間に生じる摩擦力により、摩擦ダンパ１がダンパとして作動する。
ただし、長穴９をボルト１３が貫通しているため、中板３の移動はボルト１３に拘束される。
また中板３と、外板７ａ、外板７ｂとの間に生じる摩擦力は、ボルト１３の締め付け力を調整することによって調整可能である。

中板３、つなぎ板５、外板７ａ、外板７ｂ、ボルト１３、ナット１５、ボルト１７ａ、１７ｂナット１９ａ、１９ｂの材料としては鋼材が用いられるが、中板３、外板７ａ、外板７ｂは摩擦力を調整するために、アルミニウム、鉛等を用いてもよい。

弾性体１１は、ボルト１３とナット１５による締め付け力を一定にするための弾性体であり、摩耗によりつなぎ板５、外板７ａ、外板７ｂの板厚が変化して締め付け力が低下した場合、膨張して締め付け力を一定にする。
弾性体１１は、皿ばね等が用いられる。

中板３およびつなぎ板５は、接続板等を介して建築物の骨組構造部やブレース（筋違）等に接続される。
建築物が風や地震等で振動したとき、摩擦ダンパ１の中板３と外板７ａ、外板７ｂの間に生じる摩擦力によって、摩擦ダンパ１にかかるエネルギが熱エネルギに変換されることにより、摩擦ダンパ１が振動のエネルギを吸収して、建築物の振動を低減する。

次に中板３と、外板７ａ、外板７ｂの摩擦面の構造について詳細に説明する。
図４は図１のＡ２方向矢視図であって、図５は中板３と、外板７ａ、外板７ｂの斜視図である。

図４および図５に示すように、中板３の両面には三角形状の溝部２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂが設けられており、外板７ａの下面には三角形状の凸部２１ａ、２１ｂが設けられている。また、外板７ｂの上面には三角形状の凸部２７ａ、２７ｂが設けられている。

外板７ａと中板３は凸部２１ａ、２１ｂと溝部２３ａ、２３ｂが摺接するように設けられており、外板７ｂと中板３は凸部２７ａ、２７ｂと溝部２５ａ、２５ｂが摺接するように設けられている。

即ち、中板３が外板７ａと外板７ｂの間を図１のＢもしくはＣ方向に移動すると凸部２１ａ、２１ｂと溝部２３ａ、２３ｂの間で摩擦力が発生し、凸部２７ａ、２７ｂと溝部２５ａ、２５ｂの間で摩擦力が発生する。

次に、凸部２１ａと溝部２３ａの間で発生する摩擦力について図６および図７を用いて説明する。図６は中板３の溝部２３ａと、外板７ａの凸部２１ａ付近の詳細図であって、図７は角度（２θ）と見かけの摩擦係数（Ｆ／Ｃ）の関係を示す図である。

図６に示すように、ボルト１３が中板３、外板７ａ、外板７ｂを締め付けることによって、凸部２１ａと溝部２３ａの間には垂直抗力３１ａ、３１ｂが生じる。この垂直抗力３１ａ、３１ｂをＮとし、溝部２３ａの角度３５をθとすると、中板３と外板７ａの間の押圧力Ｃとの関係は以下の式で表される。
Ｃ＝２Ｎ・ｓｉｎθ

従って摩擦力をＦとすると、中板３と外板７ａの見かけの摩擦係数μは以下の式で表される。
μ＝Ｆ／Ｃ＝Ｆ／（２Ｎ・ｓｉｎθ）

μ（Ｆ／Ｃ）はθが小さいほど大きくなり、例えば図７に示すように、θ＝３０°の時は、平面上を摺動させた場合（２θ＝１８０°の場合）と比べ、２倍の値になる。
従って、摺動面の傾斜の角度θを小さく形成することにより、中板３、外板７ａ、外板７ｂの材質や、ボルトの締め付け力を変更することなく、見かけの摩擦係数を大きくすることができる。

なお、凸部２１ｂと溝部２３ｂ、凸部２７ａ、２７ｂと溝部２５ａ、２５ｂの間に発生する見かけの摩擦力も凸部２１ａと溝部２３ａと同様であるため、説明を省略する。

ところで、溝部２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂ、凸部２１ａ、２１ｂ、２７ａ、２７ｂの形状は三角形状に限られない。
図８〜図１０は凸部２１ａおよび溝部２３ａの変形例である。なお、凸部２１ｂと溝部２３ｂ、凸部２７ａ、２７ｂと溝部２５ａ、２５ｂも凸部２１ａおよび溝部２３ａと同様であるため、説明を省略する。

図８に示すように、台形（多角形）状の凸部４１と、台形（多角形）状の溝部４３を設けてもよい。
また、図９に示すように、円弧状の凸部４１ａと、円弧状の溝部４３ａを設けてもよい。

さらに、凸部と溝部の形状は必ずしも同じである必要はなく、例えば図１０に示すように、円弧状の凸部４１ｂと、三角形状の溝部４３ｂを設けてもよい。

このように本実施の形態によれば、摩擦ダンパ１の中板３、外板７ａ、外板７ｂの表面に三角形状の溝部２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂ、三角形状の凸部２１ａ、２１ｂ、２７ａ、２７ｂが設けられており、各溝部と凸部の摺動面を傾斜させることによって見かけの摩擦係数を大きくすることができる。従って低コストで簡易に大きな摩擦力を得ることができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載され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。

例えば本実施形態では、凸部２１ａ、２１ｂ、２７ａ、２７ｂを外板７ａ、外板７ｂの表面に連続的に設けているが、断続的に設けてもよい。
また、本実施形態では凸部および溝部の断面形状は対称で説明してきたが、必ずしも対称である必要はなく、非対称であってもよい。

摩擦ダンパ１を示す斜視図 図１の断面図 図１のＡ１方向矢視図 図１のＡ２方向矢視図 中板３と、外板７ａ、外板７ｂの斜視図 中板３の溝部２３ａと、外板７ａの凸部２１ａ付近の詳細図 角度（２θ）と見かけの摩擦係数（Ｆ／Ｃ）の関係を示す図 凸部２１ａおよび溝部２３ａの変形例 凸部２１ａおよび溝部２３ａの変形例 凸部２１ａおよび溝部２３ａの変形例

符号の説明

１…………摩擦ダンパ
３…………中板
５…………つなぎ板
７ａ………外板
９ｂ………外板
１１………弾性体
１３………ボルト
１５………ナット
１７ａ……ボルト
１９ａ……ナット
２０ａ……鋼板
２１ａ……凸部
２２ａ……ゴム
２３ａ……溝部
２５ａ……溝部
２７ａ……凸部

Claims (3)

1. 互いに摺動可能に設けられた複数の部材と、
   前記複数の部材を押圧する押圧手段と、
   を具備し、
   前記複数の部材のうちの第１の部材は、一面に凸部が設けられ、
   前記第１の部材と対向する第２の部材の一面には、前記凸部と摺接する溝部が設けられ、
   前記凸部と前記溝部とが摺接する摺動面は、摺動方向と押圧方向で形成される平面に対して傾斜して設けられ、
   前記凸部と前記溝部の摺動時の摩擦によりエネルギ吸収を行うことを特徴とする摩擦ダンパ。
2. 前記第１の部材の一面には凸部および／または溝部が設けられ、
   前記第２の部材の一面には前記凸部および／または前記溝部と摺接する溝部および／または凸部が設けられることを特徴とする請求項１記載の摩擦ダンパ。
3. 前記凸部または前記溝部の摺動方向に直交する断面の断面形状は、三角形、台形状、その他の多角形状または略円形状であることを特徴とする請求項１記載の摩擦ダンパ。

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