JP2009185489A - 摩擦ダンパー及びハイブリッドダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】振動が大か小かにかかわらず、振動エネルギーを有効、効果的に吸収できる摩擦ダンパー、及び、粘弾性体ダンパーの温度依存性によるエネルギー吸収性能の変化を抑制して、温度変化にかかわらず、大小いずれの振動時にも振動エネルギーを有効、効果的に吸収できるハイブリッドダンパーを提供する。
【解決手段】摩擦ダンパー１０は、間柱３側の摩擦係数が、プレート４側の摩擦係数より大きい摩擦材８を備え、摩擦材と間柱とが摩擦で相対変位を阻止された状態で、摩擦材とプレートが摩擦に抗して相対変位をし、摩擦材とプレートとの変位量が一定量に達すると、ストッパー９で、摩擦材とプレートとの変位が阻止され、摩擦材と間柱との相対変位が開始する構成である。該摩擦ダンパー１０と粘弾性体ダンパー７とが組み合わされハイブリッドダンパーを構成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、摩擦ダンパー及びハイブリッドダンパーに関する。

例えば建物等の制震機構用のダンパーとして、摩擦ダンパーや、せん断変形をしてエネルギーを吸収する粘弾性体を備えた粘弾性体ダンパーは従来より提供されている。

また、摩擦ダンパーと粘弾性体ダンパーとを組み合わせたハイブリッドダンパーについても、特許文献１に開示されている。このハイブリッドダンパーは、
・ 小さな振動時には、粘弾性体ダンパーのみがエネルギーの吸収を行い、
・ 大きな震動時には、特定の小さな変位領域において粘弾性体ダンパーのみがエネルギーの吸収を行い、それを越える大きな変位領域において摩擦ダンパーのみがエネルギーの吸収を行う
というように構成されているものである。
特開２００６−２５７６７４号公報

しかしながら、摩擦ダンパーは、
・ 粘弾性体ダンパーに比べて温度依存性が小さいという利点を備えているものの、
・ 大地震等の大きな振動のエネルギーを効果的に吸収するように構成すると、交通振動や中小地震等の小さな振動のエネルギーを吸収することができず、逆に、交通振動や中小地震等の小さな振動のエネルギーを効果的に吸収するように構成すると、大地震等の大きな振動のエネルギーを有効的に吸収することができなくなるという欠点や、
・ 振動で相対変位を起こすと、自らの力で元の位置に復元することができないという欠点
がある。

粘弾性体ダンパーは、小さい振動にも大きな震動にもエネルギーを有効的に吸収することができるという利点を備えているが、その一方で、温度依存性があり、温度によって性能が変化してしまいやすいという欠点がある。

また、上記のようなハイブリッドダンパーでは、
・ 粘弾性体ダンパーの温度依存性により、
・ 小さな振動時には、粘弾性体ダンパーのみがエネルギーの吸収を行うので、温度変化によって、エネルギーの吸収性能が変化してしまいやすく、
・ また、大きな震動時には、特定の小さな変位領域において、同様に、粘弾性体ダンパーのみがエネルギーの吸収を行うので、温度変化によって、エネルギーの吸収性能が変化してしまいやすく、
・ 更に、大きな振動で相対変位を起して、摩擦ダンパーに相対変位が起こっても、摩擦ダンパーを復元させる力が粘弾性体ダンパーによって働かず、元の位置に復元することができない
という欠点がある。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、小さな振動時にも大きな震動時にも振動エネルギーを有効、効果的に吸収することができる摩擦ダンパーを提供することを課題とする。

また、本発明は、粘弾性体ダンパーの温度依存性によるエネルギー吸収性能の変化を抑制して、温度変化にかかわらず、小さな振動時にも大きな震動時にも振動エネルギーを有効、効果的に吸収することができるハイブリッドダンパーを提供することを課題とする。

上記の課題は、第１部材と第２部材との間に摩擦材が介設され、該摩擦材は、第１部材に面する側の面部と第１部材との摩擦力が、第２部材に面する側の面部と第２部材との摩擦力よりも大きく設定されて、摩擦材と第１部材とがそれらの摩擦力で摺擦方向の相対変位を阻止された状態で、摩擦材と第２部材とがそれらの摩擦力に抗して摺擦方向に相対変位をするようになされており、かつ、
摩擦材と第２部材との摺擦方向における相対変位量が所定の一定量に達すると、摩擦材と第２部材とのそれ以上の相対変位を阻止し、摩擦材と第１部材との摺擦方向における相対変位の開始を許容するストッパーが備えられていることを特徴とする摩擦ダンパーによって解決される（第１発明）。

この摩擦ダンパーでは、
・ 相対変位量が所定の一定量以下である小さな振動時には、摩擦材と第１部材とがそれらの摩擦力で摺擦方向の相対変位を阻止された状態で、摩擦材と第２部材とがそれらの摩擦力に抗して摺擦方向に相対変位をして、小さな振動のエネルギーを有効、効果的に吸収することができ、
・ 相対変位量がそれを越える大きな振動時には、ストッパーによって、摩擦材と第２部材とのそれ以上の相対変位が阻止されると共に、摩擦材と第１部材との相対変位が開始されて、大きな振動のエネルギーも有効、効果的に吸収することができ、
こうして、小さな振動時にも大きな震動時にも振動エネルギーを有効、効果的に吸収することができる。

また、上記の課題は、第１発明の摩擦ダンパーと、せん断変形をしてエネルギーを吸収する粘弾性体を備えた粘弾性体ダンパーとが組み合わされ、
第１部材と第２部材との相対変位量が所定の一定量以下であるときに、摩擦材と第２部材との相対変位による摩擦と粘弾性体のせん断変形とによりエネルギーを吸収し、
第１部材と第２部材との相対変位量がそれを越えたときに、越えた範囲において、摩擦材と第１部材との相対変位による摩擦と粘弾性体のせん断変形とによりエネルギーを吸収するようになされていることを特徴とするハイブリッドダンパーによって解決される。

このハイブリッドダンパーでは、小さな振動時にも、大きな震動時にも、温度依存性が粘弾性体ダンパーによりも小さい摩擦ダンパーによるエネルギーの吸収が行われるので、粘弾性体ダンパーの温度依存性によるエネルギー吸収性能の変化が摩擦ダンパーにより全体として抑制されて、温度変化にかかわらず、小さな振動時にも大きな震動時にも振動エネルギーを有効、効果的に吸収することができる。

本発明の摩擦ダンパーは、以上のとおりのものであるから、小さな振動時にも大きな震動時にも振動エネルギーを有効、効果的に吸収することができる摩擦ダンパーを提供することを課題とする。

また、本発明のハイブリッドダンパーは、粘弾性体ダンパーの温度依存性によるエネルギー吸収性能の変化を抑制して、温度変化にかかわらず、小さな振動時にも大きな震動時にも振動エネルギーを有効、効果的に吸収することができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示す実施形態は、建物等の構造物に適用した場合のもので、この構造物において、１はＨ形鋼からなる階下の鋼製床梁（１は鋼製基礎梁であってもよい。）、２はＨ形鋼からなる階上の鋼製床梁、３，３は第１部材としての溝形鋼からなる対の鋼製間柱で、これらの間柱３，３は、それらの上下の端部が、階上階下の床梁１，２に溶接などで一体的に取り付けられた第２部材としてのプレート４，４に対して、ボルト５で回転可能に連結されて、接近状態で隣り合うように配置されている。

この構造物に粘弾性体ダンパーと摩擦ダンパーとからなるハイブリッドダンパーが組み込まれている。即ち、上記の間柱３，３間には、上下方向に間隔をおいた複数の粘弾性体６…が、これら対の間柱３，３に対して接着状態となるように介設され、地震などによる水平振動によって、間柱３，３の対向側面部が上下方向に相対変位を行うと、各粘弾性体６…がせん断変形をしてエネルギーを吸収し、振動を減衰するようになされて、粘弾性体ダンパー７を構成している。

また、各間柱３，３の上下の端部と、各プレート４，４との間には、図２に示すように、所定の角度だけ開いた非ループのリング板状の摩擦材８が、上記のボルト５を貫通させた状態で接触状態に介設されていると共に、
プレート４において摩擦材８の存在する側の面部には、ストッパー９が、ボルト通孔４ａの周囲に位置し、リング板状摩擦材８の開き部８ａ内に突出して該開き部８ａ内で周方向の両側に遊びａ，ａが存在するように、一体的に取り付けられている。

そして、摩擦材８は、間柱３に面する側の面部８ｂの摩擦係数が、プレート４側に面する面部８ｃの摩擦係数よりも大きな摩擦面に形成され、
摩擦材８と間柱３とがそれらの大きな摩擦力で回転方向の相対変位を阻止された状態で、摩擦材８とプレート４とがそれらの小さな摩擦力に抗して、上記の遊びａ，ａを利用して回転方向に相対変位をするようになされていると共に、
摩擦材８とプレート４との回転方向における相対変位量が上記の遊び量ａに達すると、摩擦材８の開き部８ａの一方の端部がストッパー９に当接して、摩擦材８とプレート４とのそれ以上の相対変位が阻止され、摩擦材８と間柱３との大きな摩擦力に抗して、摩擦材８と間柱３との回転方向における相対変位が開始されるようになされて、
摩擦ダンパー１０を構成し、この摩擦ダンパー１０と上記の粘弾性体ダンパー７とでハイブリッドダンパーを構成している。

上記の摩擦ダンパー１０によれば、間柱３とプレート４との回転方向における相対変位量が、上記の遊びａ，ａ以下である、図３に示すような小さな振動時には、摩擦材８と間柱３とがそれらの摩擦力で回転方向の相対変位を阻止された状態で、摩擦材８とプレート４とがそれらの摩擦力に抗して回転方向に相対変位をして、小さな振動のエネルギーを有効、効果的に吸収することができる。

また、摩擦材８と間柱３との回転方向における相対変位量がそれを越える大きな振動時には、図４に示すように、ストッパー９によって、摩擦材８とプレート４とのそれ以上の相対変位が阻止されると共に、摩擦材８と間柱３との相対変位が開始されて、大きな振動のエネルギーも有効、効果的に吸収することができる。

こうして、小さな振動時にも、大きな震動時にも、振動エネルギーを有効、効果的に吸収することができる。

そして、上記のハイブリッドダンパーによれば、小さな振動時にも、大きな震動時にも、上記のように、温度依存性が粘弾性体ダンパー７によりも小さい摩擦ダンパー１０によるエネルギーの吸収が行われるので、粘弾性体ダンパー７の温度依存性によるエネルギー吸収性能の変化を全体として抑制することができて、温度変化にかかわらず、小さな振動時にも大きな震動時にも振動エネルギーを有効、効果的に吸収することができる。

しかも、本実施形態では、振動で相対変位を起こしても、粘弾性体６の復元力で元の位置に戻ろうとする力が働き、それによって、摩擦ダンパー１０にも復元力が作用して、復元することが可能である。

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、摩擦ダンパー１０が間柱３とプレート４間に摩擦材８を介設して構成されると共に、粘弾性体ダンパー７が間柱３，３間に粘弾性体６を介設して構成されている場合を示したが、その他の構成が採用されてもよい。

また、上記の実施形態では、粘弾性体ダンパーが、リニアな相対変位で粘弾性体をせん断変形させる粘弾性体ダンパー７に構成されている場合を示したが、回転による相対変位で粘弾性体がせん断変形をする粘弾性体ダンパーに構成されていてもよい。摩擦ダンパーについても、摩擦が回転による相対変位で生じる摩擦ダンパー１０に構成されている場合を示したが、摩擦がリニアな相対変位で生じる摩擦ダンパーに構成されていてもよい。

また、第２発明のハイブリッドダンパーは、プレート間に粘弾性体を接着状態に介設して粘弾性体にリニアなせん断変形を行わせると共に、そのプレート間に摩擦材を介設すると共にストッパーを備えさせて摩擦が同じリニアな相対変位で生じるように構成されたものなどであってもよい。

更に、第１発明の摩擦ダンパーは、粘弾性体ダンパー以外のダンパーとの組み合わせで用いられてもよいし、そのような組み合わせによらずに用いられてもよい。

実施形態の摩擦ダンパーと、該摩擦ダンパーを用いたハイブリッドダンパーを示すもので、図（イ）は全体正面図、図（ロ）は摩擦ダンパー部分の正面図、図（ハ）は同側面図、図（ニ）は摩擦ダンパーにおける摩擦材の正面図である。 図（イ）は摩擦ダンパー部分の一部断面斜視図、図（ロ）は摩擦材を反対方向から見た斜視図である。 図（イ）及び図（ロ）は小さな振動時におけるハイブリッドダンパーの作動状態を示す正面図、図（ハ）及び図（ニ）は摩擦ダンパーの対応する作動状態を示す正面図である。 図（イ）及び図（ロ）は大きな振動時におけるハイブリッドダンパーの作動状態を示す正面図、図（ハ）及び図（ニ）は摩擦ダンパーの対応する作動状態を示す正面図である。

符号の説明

３…間柱（第１部材）
４…プレート（第２部材）
６…粘弾性体
７…粘弾性体ダンパー
８…摩擦材
８ｂ…摩擦係数の大きな摩擦面
８ｃ…摩擦係数の小さな摩擦面
９…ストッパー
１０…摩擦ダンパー

Claims (2)

1. 第１部材と第２部材との間に摩擦材が介設され、該摩擦材は、第１部材に面する側の面部と第１部材との摩擦力が、第２部材に面する側の面部と第２部材との摩擦力よりも大きく設定されて、摩擦材と第１部材とがそれらの摩擦力で摺擦方向の相対変位を阻止された状態で、摩擦材と第２部材とがそれらの摩擦力に抗して摺擦方向に相対変位をするようになされており、かつ、
   摩擦材と第２部材との摺擦方向における相対変位量が所定の一定量に達すると、摩擦材と第２部材とのそれ以上の相対変位を阻止し、摩擦材と第１部材との摺擦方向における相対変位の開始を許容するストッパーが備えられていることを特徴とする摩擦ダンパー。
2. 請求項１に記載の摩擦ダンパーと、せん断変形をしてエネルギーを吸収する粘弾性体を備えた粘弾性体ダンパーとが組み合わされ、
   第１部材と第２部材との相対変位量が所定の一定量以下であるときに、摩擦材と第２部材との相対変位による摩擦と粘弾性体のせん断変形とによりエネルギーを吸収し、
   第１部材と第２部材との相対変位量がそれを越えたときに、越えた範囲において、摩擦材と第１部材との相対変位による摩擦と粘弾性体のせん断変形とによりエネルギーを吸収するようになされていることを特徴とするハイブリッドダンパー。

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