JP2003042220A - 球面回転摩擦ダンパー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平面の任意な方向のエネルギーを吸収する
摩擦力を調節可能した球面回転摩擦ダンパーを提供する 【解決手段】球面回転摩擦ダンパー１は球面状凹部を有
する外側部材３、外周面が球面状の内側部材２、内側部
材２のテーパー付き孔に挿入されるテーパー付きピン
４、ピン４と結合されているレバー５を備えおり、底板
６、側板７、上板８で構成され枠に保持される。内側部
材２のテーパー付き孔にはテーパー付きピン４が挿入さ
れ、外側部材３の球面状内周面３ａと内側部材２の球面
状外周面２ａとの間に摩擦力が発生するように係合され
ており、水平面の任意な方向のエネルギーを吸収するも
のである。またピン４を矢印Ｆ１またはＦ２のように、
内側部材２のテーパー付き孔を移動させることにより、
外側部材３の球面状内周面３ａと内側部材２の球面状外
周面２ａとの間の摩擦力を調節可能しているものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、外側部材の球面
状凹部に係合される内側部材、内側部材に取り付けられ
たレバーを有し、外側部材の内周面と内側部材の外周面
との間に摩擦力が発生するように摺動可能に係合されて
いる球面回転摩擦ダンパーに係るもので、特に地震等に
対するダンパーに関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、地震による振動から構造物を保護す
るために、ゴムと鉄板を交互に重ね合わせた積層ゴムよ
りなる免震部材を用いることは知られている。また、軸
方向に互いに摺動可能な内枠と外枠とからなる収容箱
と、内枠のダイス穴に貫通されてる外枠の嵌入棒とから
なり、ダイスの穴径を嵌入棒の外径より小さく設定し、
構造部材の中間部に接続することで地震等により構造部
材に引張、圧縮の繰返し力が作用したときに、そのエネ
ルギーを吸収することができるようにした構造部材用エ
ネルギー吸収装置が提案されている（例えば特開平１０
−２３８５７９号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の積層ゴムよりな
る免震部材を設けたものは、地震による振動から建物を
保護する点では有効であるが、風圧がかかったときにも
建物が揺れるという欠点があり、本発明はかかる課題を
解決するために提案するもので、構造物の免震機能を有
するとともに、風圧等による影響に配慮し、摩擦力を調
節可能した球面回転摩擦ダンパーを提供するものであ
る。また、特開平１０−２３８５７９号公報に示す構造
部材用エネルギー吸収装置は構造部材の中間部に接続し
て軸方向のエネルギーを吸収するものであり、本発明
は、水平面の任意な方向のエネルギーを吸収する摩擦力
を調節可能した球面回転摩擦ダンパーを提供するもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、球面状凹部を
有する外側部材と、前記外側部材の球面状凹部に係合さ
れる外周面が球面状の内側部材、前記内側部材に取り付
けられたレバーを有し、外側部材の球面状凹部の内周面
と内側部材の外周面との間に摩擦力が発生するように摺
動可能に係合されている球面回転摩擦ダンパーであっ
て、前記外側部材の球面状凹部は、凹部球面の直径を含
みその上部に球面の直径より小さい開口を有しており、
前記内側部材にはテーパー付き孔が設けられており、前
記内側部材のテーパー付き孔にテーパー付きピンを挿入
して内側部材を孔から外周面方向に加圧して外側部材の
球面状内周面との間に摩擦力を発生させるものであり、
かつテーパー付きピンで外側部材の球面状内周面と内側
部材外周面との間の摩擦力を調節可能していることを特
徴とする球面回転摩擦ダンパーである。また、本発明の
球面回転摩擦ダンパーは、内側部材に設けられるテーパ
ー付き孔が貫通孔であることを特徴とするものである。
また、本発明の球面回転摩擦ダンパーは、内側部材に取
り付けられるレバーがテーパー付きピンと結合されてい
ることを特徴とするものである。

【０００５】また、本発明の球面回転摩擦ダンパーは、
内側部材が外側部材の球面状凹部の上部開口より圧入さ
れ、内側部材のテーパー付き孔にピンを挿入することに
より抜け止めされていることを特徴とするものである。
また、本発明の球面回転摩擦ダンパーは、球面状凹部を
有する外側部材及び前記外側部材の球面状凹部に係合さ
れる内側部材が枠で保持されており、枠を構成する底板
で基礎に固定し、前記内側部材に取り付けられたレバー
を構造物に連結することを特徴とするものである。ま
た、本発明の球面回転摩擦ダンパーは、内側部材に取り
付けられるレバーがレバーとの当接面が曲面になってい
る穴を設けた連結部材に連結されていることを特徴とす
るものである。さらに、本発明の球面回転摩擦ダンパー
は、内側部材に取り付けられたレバーが回転摺動可能に
係合され、かつレバーの軸方向に摺動可能な挿通穴を有
する筒状部材を介して連結部材に連結されていることを
特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明の球面回転摩擦ダンパーは、外側部材の
球面状凹部にテーパー付き孔を設けた外周面が球面状の
内側部材を係合させ、外側部材の球面状の内周面と内側
部材の外周面との間の摩擦力により水平面の任意な方向
のエネルギーを吸収するものであり、また内側部材のテ
ーパー付き孔にテーパー付きピンを挿入して内側部材を
孔から外周面方向に加圧して、内側部材外周面と外側部
材の周面との間の摩擦力を調節可能するようにしたもの
であり、このように摩擦力を調節し、ダンパーが作動す
る荷重を調整するものである。また、外側部材及びその
球面状凹部に係合される内側部材を枠で保持し、枠を構
成する底板を基礎に固定し、内側部材に取付けられたレ
バーを構造物に連結して、地震による水平面の任意方向
の振動から構造物を保護するダンパーとして有用なもの
である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１〜図４を参照して説明する。図１は本発明の球面回転
摩擦ダンパーの断面図、図２は図１の平面図、図３は図
１の外観の斜視図であり、図４は図１の構成を分解して
示した図である。まず、図４で本発明を構成する部材を
示す。外側部材３は球面状凹部を有しており、中心Ｏか
ら半径Ｒで球面状の内周面３ａが形成されている。外側
部材３の球面状凹部は、球面の直径を含みその上部に球
面の直径より小さい開口を有している。すなわち、外側
部材３の球面状凹部は、内周面の３ｂの位置が半径Ｒの
球面の直径（２Ｒ）であり、内周面の位置３ｂより上の
位置３ｃが開口になっている。位置３ｃは、球面の直径
（２Ｒ）の位置３ｂより距離εだけ上に位置しているの
で、内周面の位置３ｂの直径より小さい直径の開口が形
成されている。

【０００８】外側部材３の球面状凹部で、その位置３ｃ
に設けられている開口の直径は、位置３ｂの最大の直径
（２Ｒ）より小さいので圧入された球面状の内側部材２
は抜け出すことはない。内側部材２は、外周面２ａが中
心Ｏから半径Ｒの球面で位置２ｂの直径は（２Ｒ）で最
大である。これは、外側部材３の球面状凹部の位置３ｃ
の上部開口の直径より大きいが、球面状の内側部材２に
は孔が設けられているので、内側部材２を外側部材３の
球面状凹部に圧入するときに内側部材２は縮み、これに
より圧入して係合させることができる。外側部材３の球
面状凹部に内側部材２を係合した後、内側部材２のテー
パー付き孔にテーパー付きピン４を挿入することにより
内側部材２の縮みは生じなくなり、外側部材３の位置３
ｃの開口と内側部材２の外周面の直径（２Ｒ）より小さ
い位置２ｃにより抜け止めされる。

【０００９】内側部材２には２ｄから２ｅにテーパーの
付いた孔が設けられている。テーパー付き孔にはテーパ
ー付きピン４が挿入される。内側部材２のテーパー付き
孔は貫通孔とし、また外側部材３の下部に穴を設け、テ
ーパー付きピン４を図１の矢印Ｆ１、Ｆ２のように、例
えばジッキで押して移動できるようすることが好まし
い。また内側部材２の上は平坦な面２ｆとなっている。
テーパー付きピン４には、レバー５が結合されている。
レバー５は、その連結部５ｂがプレート状の連結部材１
２の穴１２ｂに挿通されている。連結部材１２の穴１２
ｂにはＲ付き曲面１２ａを設ることにより、レバー５が
水平面の任意方向に回転した場合、レバーの連結部５ｂ
と連結部材１２の当接が所定の状態に保たれるようにさ
れている。

【００１０】球面状凹部を有する外側部材３及び球面状
凹部に係合される内側部材２を保持する枠は、底板６、
側板７、上板８で構成され、ボルト１１で固定される。
枠には補強部材９を設けることが好ましい。また、底板
６には基礎に固定するアンカーの穴１０が設けられてい
る。

【００１１】図４に示した部材により、図１の断面図、
図２の平面図、図３の外観斜視図に示すような球面回転
摩擦ダンパー１が組み立てられる。球面回転摩擦ダンパ
ー１は球面状凹部を有する外側部材３、外周面が球面状
の内側部材２、内側部材２のテーパー付き孔に挿入され
るテーパー付きピン４、ピン４と結合されているレバー
５を備えおり、底板６、側板７、上板８で構成され枠に
保持される。内側部材２のテーパー付き孔にはテーパー
付きピン４が挿入され、外側部材３の球面状内周面３ａ
と内側部材２の球面状外周面２ａとの間に摩擦力が発生
するように係合されている。また、図３の斜視図に示す
ように球面回転摩擦ダンパー１は、外側部材３、内側部
材２及びレバー５はＹ軸に配置され、水平面のＸ軸とＺ
軸の任意な方向のエネルギーを吸収するものである。

【００１２】テーパー付きピン４を矢印Ｆ１方向に押す
と、内側部材２のテーパー付き孔の径の大きい孔２ｄか
ら径の小さい孔２ｅの方向にピン４が移動し、加圧ｐ１
が生ずる。この加圧ｐ１で内側部材２は拡大して内側部
材２の球面状外周面２ａでは加圧ｐ２となる。この加圧
ｐ２と外側部材３の球面状内周面３ａの加圧ｐ３とで、
外側部材３の球面状内周面３ａと内側部材２の球面状外
周面２ａとの間に摩擦力が発生する。また、テーパー付
きピン４を矢印Ｆ２方向に押すと、内側部材２のテーパ
ー付き孔の径の小さい孔２ｅから径の大きい孔２ｄの方
向にピン４が移動し、ピン４の加圧ｐ１、内側部材２の
加圧ｐ２は減少し、外側部材３の加圧ｐ３との間の摩擦
力も減少することになる。このように、テーパー付きピ
ン４を矢印Ｆ１またはＦ２のように、内側部材２のテー
パー付き孔を移動させることにより、外側部材３の球面
状内周面３ａと内側部材２の球面状外周面２ａとの間の
摩擦力を調節可能しているものである。例えば、球面状
内周面を有する外側部材は鋼（熱処理鋼）、球面状外周
面を有する内側部材はリン青銅で製作する。

【００１３】図５〜図８は、球面回転摩擦ダンパーの内
側部材に取り付けられたレバーと連結部材についてのも
う１つの発明の実施の形態で、レバーは回転摺動可能に
係合され、かつレバーの軸方向に摺動可能な挿通穴を有
する筒状部材を介して連結されているものである。図５
はレバーの連結部材の構成を分解して示した図、図６は
レバーとその連結部材の断面図、図７は図６の平面図、
図８は連結部材の作動を説明する図である。図５に示す
ように、筒状部材２３にはレバー５が軸方向に摺動可能
な挿通穴２４を有し、また筒状部材２３の外周は回転摺
動可能なの凸状曲面２５を有している。連結部材は凹部
２１ａを設けた下部材２１と、その凹部２１ａに嵌めら
れる上部材２２からなり、ネジ３２で固着されるもので
ある。下部材２１には筒状部材２３の外周曲面２５に対
応する凹状曲面２７、上部材２２には筒状部材２３の外
周曲面２５に対応する凹状曲面２８が設けられている。

【００１４】図６及び図７は上述した部材を組み合わせ
たもので、下部材２１の凹状曲面２７に筒状部材２３の
外周曲面２５を合わせ、上部材２２の凹状曲面２８を筒
状部材２３の外周曲面２５を合わせ、下部材２１の凹部
２１ａに嵌め、ネジ３２で固着する。筒状部材２３は、
下部材２１の凹状曲面２７及び上部材２２の凹状曲面２
８に回転摺動可能に設けられているもので、筒状部材２
３の外周曲面２５と凹状曲面２７、２８は、半径Ｒ１の
円弧に形成する。また筒状部材２３の穴２４にはレバー
５が軸方向に摺動可能に設けられている。

【００１５】図８で連結部材の作動を説明すると、地震
により球面回転摩擦ダンパーが作動してレバーか回転し
た場合、実線のようにレバー５か回転すると筒状部材２
３は下部材２１及び上部材２２のの凹状曲面を回転摺動
し、かつレバー５は穴２４で軸方向に摺動する。また鎖
線のようにレバー５か回転したときにも、筒状部材２３
は下部材２１及び上部材２２のの凹状曲面を回転摺動
し、かつレバー５は穴２４で軸方向に摺動する。これに
より、地震で球面回転摩擦ダンパーが作動した場合、球
面回転摩擦ダンパーで振動のエネルギーを吸収し、その
際にレバー５の回転がこの連結部材で、回転摺動かつ軸
方向摺動により地震の振動を連結部材の上に設けられて
いる構造物に伝わらないようにしている。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例を図９（ａ）（ｂ）及び図１
０を参照して説明する。実施例は、本発明の球面回転摩
擦ダンパーを基礎と建物の間に設け、地震に対するダン
パーとして用いるものである。球面回転摩擦ダンパーの
詳細な構成は図１〜図８で説明した通りであり、内側部
材２のテーパー付き孔に挿入されているテーパー付きピ
ン４により、加圧ｐ１、加圧ｐ２を調節して、外側部材
３の球面状内周面３ａと内側部材２の球面状外周面２ａ
との間の摩擦力を調整するもので、基礎と建物の間に設
けてられる球面回転摩擦ダンパー１は、例えば震度５以
上の地震が発生したときに作動するように設定する。す
なわち震度４以下の地震では作動しない。また建物に少
々の風圧がかかっても、球面回転摩擦ダンパーは作動せ
ず、建物は揺れないように設定する。

【００１７】図９（ａ）に示すように、球面回転摩擦ダ
ンパー１は基礎２０と建物１５の間に設けられている。
球面回転摩擦ダンパー１は、その底板６を基礎２０にア
ンカーボルト２１で固定されている。球面回転摩擦ダン
パー１のレバー５は、その連結部５ｂをプレート状の連
結部材１２の穴に当接され、この連結部材１２は接続部
材１６、１７、ボルト１８で建物１５に固定されてい
る。

【００１８】図９（ｂ）は、地震により基礎が実線矢印
Ｘ１、Ｚ１、また鎖線矢印Ｘ２、Ｚ２のように振動し、
地震が設定した値を超えたので、球面回転摩擦ダンパー
が作動した状態を示したものである。地震により実線矢
印Ｘ１、Ｚ１の方向に振動し、基礎２０ａの位置になる
と、球面回転摩擦ダンパーが１ａの位置になるが、球面
回転摩擦ダンパーの作用でレバー５は回転し、建物１５
はそのままの位置で振動を受けない。またレバーの連結
部５ｂは連結部材１２の穴の中で摺動することができる
ように若干の隙間を設け、またレバーの連結部５ｂが当
接する面は摺動し易いように曲面に形成されているの
で、球面回転摩擦ダンパー１ａで振動のエネルギーを吸
収し、その際にレバー５の回転が連結部材１２の穴の中
で摺動して、地震の振動が建物１５に伝わらない。

【００１９】また、鎖線矢印Ｘ２、Ｚ２の方向に振動
し、基礎２０ｂの位置になると、球面回転摩擦ダンパー
が１ｂの位置になり、球面回転摩擦ダンパーの作用でレ
バー５は鎖線の位置に回転し、建物１５はそのままの位
置で振動を受けない。このように地震にように基礎が実
線矢印Ｘ１、Ｚ１、また鎖線矢印Ｘ２、Ｚ２のように振
動しても球面回転摩擦ダンパーの作用により、建物１５
に地震の振動を伝えないようにしているものである。

【００２０】図１０は、免震構造として球面回転摩擦ダ
ンパー１が建物１５の四隅に配置されているもので、建
物１５に連結部材１２をボルト１８で固定し、連結部材
１２にレバーの連結部５ｂで連結されている。なお図１
０に示した球面回転摩擦ダンパー１は、図１〜図４で説
明したものを連結部材１２の方向から見たものであり、
それぞれの球面回転摩擦ダンパー１は、図９（ａ）に示
すように基礎と建物１５の間に設けているものである。
球面回転摩擦ダンパー１は、矢印Ｘ、Ｚの方向を含む水
平面の任意な方向の力に対して球面回転摩擦ダンパーは
作動するので、地震の各方向の振動に対応して建物１５
の免震をすることができる。

【００２１】図９（ａ）（ｂ）、図１０で、地震により
球面回転摩擦ダンパーが作動する場合について説明した
が、建物１５に風圧等がかかり回転摩擦ダンパーが作動
する場合もある。しかし震度４以下の地震では作動しな
いように設定すれば、建物に少々の風圧がかかっても、
球面回転摩擦ダンパーは作動せず、建物の揺れは起こら
ないものであり、建物が倒壊するような風圧がかかった
ときには、球面回転摩擦ダンパーが作動して建物の倒壊
を防ぐものである。なお、地震により球面回転摩擦ダン
パーが作動して、図９（ｂ）の実線あるいは鎖線の位置
で停止した場合には、ジッキ等で図９（ａ）の状態に復
帰させ、球面回転摩擦ダンパーの摩擦力を調節して、さ
らなる地震に備えるようにするものである。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の球面回転
摩擦ダンパーによれば、外側部材の球面状内周面と内側
部材の外周面との間の摩擦力により水平面の任意な方向
のエネルギーを吸収することができるものであり、また
内側部材のテーパー付き孔にテーパー付きピンを挿入し
て、内側部材外周面と外側部材内周面との間の摩擦力を
調節可能したもので、ダンパーが作動するトルクを調整
することができるという効果を有し、また本発明の球面
回転摩擦ダンパーの底板を基礎に固定し、レバーを構造
物に連結して、地震の各方向の振動から構造物を保護す
るダンパーとして優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態を示す図

【図２】 本発明の実施の形態を示す図

【図３】 本発明の実施の形態を示す図

【図４】 本発明の実施の形態を示す図

【図５】 本発明のもう１つの実施の形態を示す図

【図６】 本発明のもう１つの実施の形態を示す図

【図７】 本発明のもう１つの実施の形態を示す図

【図８】 本発明のもう１つの実施の形態を示す図

【図９】 本発明の実施例を示す図

【図１０】 本発明の実施例を示す図

【符号の説明】

１ 球面回転摩擦ダンパー ２ 内側部材 ３ 外側部材 ４ テーパー付きピン ５ レバー

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球面状凹部を有する外側部材と、前記外
   側部材の球面状凹部に係合される外周面が球面状の内側
   部材、前記内側部材に取り付けられたレバーを有し、外
   側部材の球面状凹部の内周面と内側部材の外周面との間
   に摩擦力が発生するように摺動可能に係合されている球
   面回転摩擦ダンパーであって、 前記外側部材の球面状凹部は、凹部球面の直径を含みそ
   の上部に球面の直径より小さい開口を有しており、前記
   内側部材にはテーパー付き孔が設けられており、前記内
   側部材のテーパー付き孔にテーパー付きピンを挿入して
   内側部材を孔から外周面方向に加圧して外側部材の球面
   状内周面との間に摩擦力を発生させるものであり、かつ
   テーパー付きピンで外側部材の球面状内周面と内側部材
   外周面との間の摩擦力を調節可能していることを特徴と
   する球面回転摩擦ダンパー。
2. 【請求項２】 内側部材に設けられるテーパー付き孔
   が、貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の球
   面回転摩擦ダンパー。
3. 【請求項３】 内側部材に取り付けられるレバーが、テ
   ーパー付きピンと結合されていることを特徴とする請求
   項１または２に記載の球面回転摩擦ダンパー。
4. 【請求項４】 内側部材は、外側部材の球面状凹部の上
   部開口より圧入され、内側部材のテーパー付き孔にピン
   を挿入することにより抜け止めされていることを特徴と
   する請求項１〜３のいずれかに記載の球面回転摩擦ダン
   パー。
5. 【請求項５】 球面状凹部を有する外側部材及び前記外
   側部材の球面状凹部に係合される内側部材は、枠で保持
   されており、枠を構成する底板で基礎に固定し、前記内
   側部材に取り付けられたレバーを構造物に連結すること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の球面回転
   摩擦ダンパー。
6. 【請求項６】 内側部材に取り付けられるレバーは、レ
   バーとの当接面が曲面になっている穴を設けた連結部材
   に連結されていることを特徴とする請求項１〜５のいず
   れかに記載の球面回転摩擦ダンパー。
7. 【請求項７】 内側部材に取り付けられたレバーは、回
   転摺動可能に係合され、かつレバーの軸方向に摺動可能
   な挿通穴を有する筒状部材を介して連結部材に連結され
   ていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
   の球面回転摩擦ダンパー。