JP2009041585A - 摩擦ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】すべり板と摩擦材との間に一定の摩擦力を発生させることで、減衰性能を向上させるようにした。
【解決手段】第１鋼板２の両側に固定されたすべり板４と、すべり板４に重ね合わせるように配置される第２鋼板３と、第２鋼板３のそれぞれに固定されていてすべり板４に対して摺動自在に配置された摩擦材５と、第１鋼板２、第２鋼板３、すべり板４及び摩擦材５を貫通する締付けボルト１１と、締付けボルト１１に設けられたボルト側座金１２と、ボルト側座金１２と第２鋼板３Ａとの間に介在されるとともに締付けボルト１１と同軸に配置された皿ばね１５とを備えている。ボルト側座金１２と第２鋼板３Ａとの間には、皿ばね１５の径方向外周部１５ｂに接触していて、締付けボルト１１の軸方向に直交する方向への皿ばね１５の移動を規制する押さえ部材１６が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、制震構造に関し、とくに滑り材と摩擦材との間に作用する摩擦力を利用した摩擦ダンパーに関する。

従来、制震構造物の制震ダンパーとして、滑り材と摩擦材との間の摩擦面に作用する摩擦力を利用した摩擦ダンパーが知られている。摩擦ダンパーは、皿ばねを備えたボルトを締め付けることによって摩擦材に圧縮力（面圧力）を導入させて、摩擦面に摩擦を発生させる構造であり、建物が受ける振動エネルギーを摩擦力のすべりによるエネルギーに変換して吸収し、建物に加わる振動を減衰させることができる。しかも、油圧機構を有するオイルダンパーに比べて単純な機構であるため、低コスト化が図れ、信頼性も高いという利点を有している。このような皿ばねを用いた摩擦ダンパーが、例えば、特許文献１に開示されている。

特許文献１に示す摩擦ダンパーは、滑り材をその両側から摩擦材で挟み込み、さらにその外側に皿ばねと座金を備えてボルトで貫通させてナットで締め付けた構造をなし、このボルトとナットとの締め付け力（締付けによる軸力）によって導入された圧縮力で皿ばねを圧縮させ、すべり板と摩擦材との間に摩擦力を発生させる構成となっている。
特許第３８８２３２５号公報

しかしながら、従来の摩擦ダンパーでは、すべり板と摩擦材とに対して与えられる面圧にばらつきがあると、すべり板と摩擦材との間の摩擦力が一定した状態でなくなり、摩擦力による減衰性能が発揮されず、制震性能が低下するといった問題があった。そのため、摩擦材に面圧（圧縮力）を与える軸力を安定した状態で確実に一定となるように維持する必要があり、その点で改良の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、すべり板と摩擦材との間に一定の摩擦力を発生させることで、減衰性能を向上させるようにした摩擦ダンパーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る摩擦ダンパーでは、すべり板と、すべり板の側面に重ね合わせるように配置されるプレートと、プレートに固定され、すべり板に対して摺動自在に配置された摩擦材と、プレート、すべり板及び摩擦材を貫通する締付けボルトと、締付けボルトの螺合されるナットと、締付けボルト及びナットに設けられた座金と、締付けボルト及びナットの少なくとも一方の座金とプレートとの間に介在されるとともに、締付けボルトと同軸に配置された皿ばねとを備え、座金とプレートとの間には、皿ばねの径方向外周部に接触していて、締付けボルトの軸方向に直交する方向への皿ばねの移動を規制する係止部材が設けられていることを特徴としている。
本発明では、ボルト軸力（すなわち、締付けボルトによって導入される押し付け力）は、ボルト側座金が皿ばねを圧縮させて摩擦材を加圧し、摩擦材とすべり板との間に所定の摩擦力を作用させることができる。つまり、地震や風などの外力が建物に入力されると、すべり板とプレートに軸方向（長手方向）への軸力がかかって双方が摩擦材を介して相対的に摺動してすべりが発生するが、両者間に摩擦力が生じてすべりを減衰させ、振動エネルギーを吸収して振動減衰させることができる。そして、係止部材によって皿ばねがボルト軸方向に直交する方向（つまり皿ばねの径方向）へ移動しないように拘束されているため、皿ばねに作用するボルト軸力の変動が少なくなって安定することから、皿ばねが全体にわたって安定した状態で圧縮し、摩擦材に与えられる面圧（圧縮力）が均一となることから、すべり板と摩擦材との間に一定の摩擦力を発生させることができる。

また、本発明に係る摩擦ダンパーでは、係止部材は、座金からプレート側に向けて突出していることが好ましい。
本発明では、座金に固定された係止部材は締付けボルトに対して位置が固定されることから、係止部材が皿ばねの径方向外周部に接触した状態で皿ばねのずれがなくなり、締付けボルトの軸力を安定させることができる。

また、本発明に係る摩擦ダンパーでは、係止部材は、プレートから座金側に向けて突出していることが好ましい。
本発明では、プレートに固定された係止部材は締付けボルトに対して位置が固定されることから、係止部材が皿ばねの径方向外周部に接触した状態で皿ばねのずれがなくなり、締付けボルトの軸力を安定させることができる。

また、本発明に係る摩擦ダンパーでは、係止部材は、皿ばねの径方向外周部に沿った略リング状をなしていることが好ましい。
本発明では、皿ばねをその全周を押さえた状態で固定することができるので、皿ばねの径方向への移動をより一層確実に規制することができる。

本発明の摩擦ダンパーによれば、係止部材によってボルト軸方向に直交する方向への皿ばねの移動を規制して、皿ばねのずれをなくすことで、締付けボルトの軸力を安定させ、摩擦材に与えられる面圧（圧縮力）を均一にすることができることから、すべり板と摩擦材との間に一定の摩擦力を発生させることができ、摩擦ダンパーの減衰性能を発揮させて制震性能の向上を図ることができる。

以下、本発明の第一の実施の形態による摩擦ダンパーについて、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態による摩擦ダンパーの側面図、図２は図１に示す摩擦ダンパーの正面図、図３は図１に示す摩擦ダンパーのＡ−Ａ線断面図、図４はボルト側座金の図であって（ａ）はボルト側座金を内側面からみた平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図である。

図１及び図２に示すように、本第一の実施の形態による摩擦ダンパー１は、例えば建物２０（図１及び図２参照）の柱と梁とによって囲まれる架構の一部に設けられ、建物２０を効果的に制震させるようにしたものである。

図１乃至図３に示すように、摩擦ダンパー１は、建物２０（図１、２参照）の一部（梁や柱など）に接合される長尺平板形状の第１鋼板２と、第１鋼板２の両側面側から重ね合わせるように配置されてなる一対の第２鋼板３（３Ａ、３Ｂ）（本発明のプレートに相当）と、第１鋼板２に固定されたすべり板４（４Ａ、４Ｂ）と、第２鋼板３Ａ、３Ｂとすべり板４Ａ、４Ｂとの間に介在された摩擦材５（５Ａ、５Ｂ）と、第２鋼板３Ａ、３Ｂどうしを互いに締め付けてすべり板と摩擦材５とに圧縮力を与えるための締付け部１０とから概略構成されている。なお、正確には、摩擦材５Ａ、５Ｂは、接続板３ｂを介して第２鋼板３Ａ、３Ｂに固定されている。
そして、本第一の実施の形態では、締付け部１０は、第１鋼板２の長手方向に沿って所定間隔をもって複数設けられている（図１及び図２参照）。

締付け部１０は、両第２鋼板３Ａ、３Ｂをその厚さ方向に挿通させた締付けボルト１１と、締付けボルト１１に備えられたボルト側座金１２と、締付けボルト１１に螺合されるナット１３と、ナット１３に備えられたナット側座金１４と、ボルト側座金１２と締付けボルト１１の頭部側の第２鋼板３Ａとの間に介在された皿ばね１５とからなる。つまり、摩擦材５Ａ、５Ｂとすべり板４Ａ、４Ｂとは、摩擦ダンパー１の軸方向（長手方向）に相対的に摺動自在となっている。
ここで、基本的には、第１鋼板２に対して締付けボルト１１の頭部側に位置する部材の符号にはＡを付し、同じくナット１３側に位置する部材の符号にはＢを付すものとする。

締付けボルト１１は、第１鋼板２、第２鋼板３Ａ、３Ｂ、すべり板４Ａ、４Ｂ、摩擦材５Ａ、５Ｂのそれぞれを貫通する円孔（第１鋼板２及び摩擦材５Ａ、５Ｂでは、第１鋼板２の長手方向に延びる長孔）に挿入されている。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ボルト側座金１２とナット側座金１４とは、それぞれ中央に締付けボルト１１の軸部と同径の円孔１２ａ、１４ａが形成されている。ボルト側座金１２には、第２鋼板３Ａ側の内側面１２ｂに突出してなるリング状の押さえ部材１６（係止部材）が一体に固定されている。

図３に示すように、押さえ部材１６は、内周面１６ａが皿ばね１５の径方向外周部１５ｂに当接、又は接する程度の寸法で形成されるとともに、皿ばね１５の位置が締付けボルト１１と同軸になるように配置されている。そして、押さえ部材１６は、皿ばね１５の径方向（ボルト軸方向に直交する方向）への移動、ずれを規制するためのものである。

そして、押さえ部材１６におけるボルト側座金１２の内側面１２ｂからの突出長Ｄ（図３参照）、すなわち押さえ部材１６の突出端１６ｂと第２鋼板３Ａとの間の寸法は、摩擦材５がすべり板４を加圧するために必要な圧縮力、すなわち皿ばね１５のばね剛性により算出される。

皿ばね１５は、単体の皿ばねを同軸に複数積層して構成した皿ばね組であり、その平面視中央に円形穴１５ａが形成された笠状をなしている。つまり、皿ばね１５は、その弾性によってボルト軸方向に圧縮力を作用させ、すべり板４と摩擦材５とを押圧してその両者４、５間に摩擦力を発生させるとともに、すべり板４Ａ、４Ｂが摺動する際に生じる締付けボルト１１の軸力の変動を防ぐ構成となっている。

次に、このような構成からなる摩擦ダンパー１の作用について図面に基づいて説明する。
図３に示すように、先ず、摩擦ダンパー１を組み立てる際には、締付けボルト１１にナット１３を締め込むことで締付けボルト側座金１２、ナット側座金１４が互いに近づく方向に押され、皿ばね１５が圧縮してたわみが生じる。さらに、ナット１３を締め付けると、ボルト側座金１２を皿ばね１５を介して一方の第２鋼板３Ａに当接させるとともに、ナット側座金１４も他方の第２鋼板３Ｂに当接させることで、摩擦ダンパー１を組み立てることができる。

本摩擦ダンパー１では、ボルト軸力（すなわち、締付けボルト１１とナット１３によって導入される押し付け力）は、ボルト側座金１２が皿ばね１５を圧縮させて摩擦材５を加圧し、摩擦材５とすべり板４との間に所定の摩擦力を作用させることができる。つまり、地震や風などの外力が建物２０（図１参照）に入力されると、第１、第２鋼板２、３に軸方向（長手方向）への軸力がかかって双方が摩擦材５Ａ、５Ｂを介して相対的に摺動してすべりが発生するが、両者４、５間に摩擦力が生じてすべりを減衰させ、振動エネルギーを吸収して振動減衰させることができる。

そして、ボルト側座金１２に固定された押さえ部材１６によって皿ばね１５がボルト軸方向に直交する方向（つまり皿ばね１５の径方向）へ移動しないように拘束されているため、皿ばね１５に作用するボルト軸力の変動が少なくなって安定することから、皿ばね１５が全体にわたって安定した状態で圧縮し、摩擦材５に与えられる面圧（圧縮力）が均一となることから、すべり板４と摩擦材５との間に一定の摩擦力を発生させることができる。

また、締付け部１０の締付けボルト１１とナット１３による締付け力を調整することで、すべり板４と摩擦材５との間の摩擦面に作用する圧縮力を調整することができる。
さらに、押さえ部材１６の突出長Ｄを調整することで、皿ばね１５のたわみ量を調節することができる。

なお、ボルト側座金１２に固定された押さえ部材１６は締付けボルト１１に対して位置が固定されることから、押さえ部材１６が皿ばね１５の径方向外周部１５ｂに接触した状態で皿ばね１５のずれがなくなり、締付けボルト１１の軸力を安定させることができる。
また、押さえ部材１６が皿ばね１５の径方向外周部１５ｂに沿った略リング状をなしていることから、皿ばね１５をその全周を押さえた状態で固定することができるので、皿ばね１５の径方向への移動をより一層確実に規制することができる。

上述のように本第一の実施の形態による摩擦ダンパーでは、押さえ部材１６によってボルト軸方向に直交する方向への皿ばね１５の移動を規制して、皿ばね１５のずれをなくすことで、締付けボルト１１の軸力を安定させ、摩擦材５に与えられる面圧（圧縮力）を均一にすることができることから、すべり板４と摩擦材５との間に一定の摩擦力を発生させることができ、摩擦ダンパー１の減衰性能を発揮させて制震性能の向上を図ることができる。

次に、本発明の第一の実施の形態の変形例、第二の実施の形態、及び第二の実施の形態の変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図５は第一の実施の形態の第１変形例による摩擦ダンパーのボルト側座金を示す平面図であって、図４（ａ）に対応する図、図６は第一の実施の形態の第２変形例による摩擦ダンパーのボルト側座金を示す図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図、図７は第二の実施の形態による摩擦ダンパーを示す図であって、図３に対応する図、図８は第二の実施の形態の変形例による摩擦ダンパーを示す図であって、図７に対応する図である。

図５に示すように、第一の実施の形態の第１変形例は、第一の実施の形態のリング状に形成される押さえ部材１６（図４（ａ）参照）に代えて、そのリング状の位置においてその周方向に所定間隔をあけて部分的（３箇所）に配置され、ボルト側座金１２の内側面１２ｂから突出してなる押さえ部材１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ）が設けられた構成となっている。つまり、３箇所の押さえ部材１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃによって皿ばね１５の径方向外周部１５ｂが押さえられることになり、締付けボルト１１（図３参照）の軸方向に直交する方向への皿ばね１５の移動が規制され、上述した第一の実施の形態と同様にボルト軸力を安定させることができる。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第一の実施の形態の第２変形例は、上述した第１変形例の、ボルト側座金１２から部分的に突出した押さえ部材１７に代えて、複数（本変形例では３個）の係止ボルト１９（係止部材）をボルト側座金１２の内側面１２ｂに取り付けた構成をなしている。係止ボルト１９として、六角穴付きボルトなどを採用することができる。係止ボルト１９は、皿ばね１５の外周部に当接するように位置され、その周方向に所定間隔をあけて配置されている。つまり、上述した第１変形例と同様に、３箇所の係止ボルト１９によって皿ばね１５の径方向外周部が押さえられることになり、締付けボルト１１（図３参照）の軸方向に直交する方向への皿ばね１５の移動が規制され、ボルト軸力を安定させることができる。

次に、図７に示すように、第二の実施の形態の摩擦ダンパー１は、第一の実施の形態では押さえ部材１６（図３参照）をボルト側座金１２の内側面１２ｂに固定させているが、これに代えて固定箇所を締付けボルト１１側の第２鋼板３Ａの外周面３ａに押さえ部材１８を固定させたものである。このとき、ボルト側座金１２の内側面１２ｂは、平面状に形成されている。押さえ部材１８は、平面視リング状、或いは上述した変形例のように部分的に突出したものであってもよい。本押さえ部材１８もまた、第一の実施の形態と同様に皿ばね１５のボルト軸方向に直交する方向への移動が規制される構成となるので、ボルト軸力を安定させることができ、すべり板４と摩擦材５との間に一定の摩擦力を発生させることができる。

また、上述した第二の実施の形態では押さえ部材１８の突出端１８ａが締付けボルト１１とナット１３との締め付けにしたがって、ボルト側座金１２の内側面１２ｂに当接する構成となっているが、図８に示す本第二の実施の形態の変形例ではボルト側座金１２の外径寸法を小さくしたものであって、押さえ部材１８の突出端１８ａがボルト側座金１２の内側面１２ｂに当接しない形状となっている。そのため、本変形例では、皿ばね１５のたわみの限界まで締付けボルト１１とナット１３で締め付けることができる構成となっている。

以上、本発明による摩擦ダンパーの第一、第二の実施の形態および変形例について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、押さえ部材１６、１７、１８を固定させる箇所、その突出長はとくに限定されることはない。要は、皿ばね１５を締付けボルト１１と同軸に配置できるように、皿ばね１５の径方向外周部１５ｂに接触させ、皿ばね１５が外周側から押さえ付けられていればよいのである。

そして、本第一の実施の形態の変形例では押さえ部材１７Ａ〜１７Ｃを３箇所としているが、要は皿ばね１５がボルト軸方向に直交する方向にずれないように確実に押さえられていればよく、押さえる箇所数は３箇所であることに限定されず、４箇所以上であってもかまわない。
また、例えば第一の実施の形態で押さえ部材１６とボルト側座金１２とが溶接などの固着手段によって固定されているが、ボルト側座金１６の製造段階において予め一体成形させて加工したものであってもよい。

さらに、本第一、第二の実施の形態及び変形例では、皿ばね１５を締付けボルト１１の頭部側の座金１２と締付けボルト１１の頭部側の第２鋼板３Ａとの間に介在させているが、これに制限されることなく、ナット側座金１４に押さえ部材１６を固定し、ナット側座金１４とナット１３の第２鋼板３Ｂとの間に皿ばね１５を介在させるようにしてもかまわない。

本発明の第一の実施の形態による摩擦ダンパーの側面図である。 図１に示す摩擦ダンパーの正面図である。 図１に示す摩擦ダンパーのＡ−Ａ線断面図である。 ボルト側座金の図であって（ａ）はボルト側座金を内側面からみた平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図である。 第一の実施の形態の変形例による摩擦ダンパーのボルト側座金を示す平面図であって、図４（ａ）に対応する図である。 第一の実施の形態の第２変形例による摩擦ダンパーのボルト側座金を示す図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。 第二の実施の形態による摩擦ダンパーを示す図であって、図３に対応する図である。 第二の実施の形態の変形例による摩擦ダンパーを示す図であって、図６に対応する図である。

符号の説明

１ 摩擦ダンパー
２ 第１鋼板
３、３Ａ、３Ｂ 第２鋼板（プレート）
４、４Ａ、４Ｂ すべり板
５、５Ａ、５Ｂ 摩擦材
１０ 締付け部
１１ 締付けボルト
１２ ボルト側座金
１３ ナット
１４ ナット側座金
１５ 皿ばね
１６、１７、１８ 押さえ部材（係止部材）
１９ 係止ボルト（係止部材）

Claims (4)

1. すべり板と、
   すべり板の側面に重ね合わせるように配置されるプレートと、
   該プレートに固定され、前記すべり板に対して摺動自在に配置された摩擦材と、
   前記プレート、前記すべり板及び前記摩擦材を貫通する締付けボルトと、
   前記締付けボルトの螺合されるナットと、
   前記締付けボルト及び前記ナットに設けられた座金と、
   前記締付けボルト及び前記ナットの少なくとも一方の座金と前記プレートとの間に介在されるとともに、前記締付けボルトと同軸に配置された皿ばねと、
   を備え、
   前記座金と前記プレートとの間には、前記皿ばねの径方向外周部に接触していて、前記締付けボルトの軸方向に直交する方向への前記皿ばねの移動を規制する係止部材が設けられていることを特徴とする摩擦ダンパー。
2. 前記係止部材は、前記座金から前記プレート側に向けて突出していることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ダンパー。
3. 前記係止部材は、前記プレートから前記座金側に向けて突出していることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ダンパー。
4. 前記係止部材は、前記皿ばねの径方向外周部に沿った略リング状をなしていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の摩擦ダンパー。

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