JP2010265987A - Friction damper - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive friction damper applicable to a low-strength structure such as an old existing building. <P>SOLUTION: The friction damper is mounted between two members to be relatively moved for damping vibration between the two members. It includes a motion converting mechanism for converting reciprocative linear moving motion relating to the relative movement into reciprocative rotating motion with a predetermined axial center as a rotating center, a rotary inertia mass rotatably supported on one of the two members around the axial center and adapted to be rotated with the rotating motion, a friction material provided on the rotary inertia mass and adapted to be rotated integrally with the rotary inertia mass, and a sliding material provided on one member for damping vibration with friction force generated between the friction material and itself by sliding motion against the friction material. The motion converting mechanism sets the rotating speed of the friction material around the axial center to be faster than the speed of the linear moving motion. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、相対移動する二部材同士の間に介装されて、これら二部材同士の間の振動を減衰する摩擦ダンパーに関する。   The present invention relates to a friction damper that is interposed between two members that move relative to each other and attenuates vibrations between the two members.

建物の層間などに設けられ、建物の揺れを低減する減衰装置として、摩擦ダンパーが知られている。その従来型の摩擦ダンパーの構成例としては、例えば、建物の層間などにおいて互いに相対移動する一方の部材に設けられる摩擦材と、他方の部材に設けられる滑り材とを有した構成が挙げられる。そして、これら摩擦材と滑り材とは、互いに所定の圧接力で圧接されており、摺動時には、建物の層間変位の振幅によらずほぼ一定の摩擦力を生じる。そして、この摩擦力を減衰力としてエネルギー吸収して建物の揺れを低減する。   A friction damper is known as a damping device that is provided between layers of a building and reduces the shaking of the building. As a configuration example of the conventional friction damper, for example, a configuration having a friction material provided on one member that moves relative to each other between layers of a building and a sliding material provided on the other member can be cited. The friction material and the sliding material are in pressure contact with each other with a predetermined pressure, and when sliding, a substantially constant friction force is generated regardless of the amplitude of the interlayer displacement of the building. The frictional force is absorbed as a damping force to reduce the shaking of the building.

特開2000−352113号公報JP 2000-352113 A

しかしながら、このような従来型の摩擦ダンパーには、次のような問題がある。
大地震時には、その制震性を高めるべく、大きな減衰力を生じさせる必要があるが、そのためには、大きな摩擦力を発生させねばならず、多量の摩擦部材が必要となってコストアップを招く。
また、最大層間変位時には、建物自身が大きく変形していることから、建物には大きな内力が生じている。このような時に、更に大きな外力を変形方向と逆向きに付与すると、その分だけ、更に内力が拡大して破壊限界強度に至り易くなる。ここで、上記減衰力は、変形方向と逆向きの外力として作用する。また、上述の摩擦ダンパーは、層間変位の大きさによらず常に略一定の減衰力を発生する。つまり、上述の摩擦ダンパーによれば、建物は、最大層間変位時の厳しい内力下においても、大きな減衰力が加えられることになり、その場合、建物の破壊限界強度の大きさによっては建物が破損してしまう。それ故、特に、古い既存建物等の低強度構造体には、摩擦ダンパーの適用が困難であった。
However, such a conventional friction damper has the following problems.
In the event of a large earthquake, it is necessary to generate a large damping force in order to increase the damping performance, but for that purpose, a large frictional force must be generated, and a large amount of friction members are required, resulting in an increase in cost. .
Further, since the building itself is greatly deformed at the maximum interlayer displacement, a large internal force is generated in the building. In such a case, when a larger external force is applied in the direction opposite to the deformation direction, the internal force is further increased by that amount, and the fracture limit strength is easily reached. Here, the damping force acts as an external force opposite to the deformation direction. Further, the friction damper described above always generates a substantially constant damping force regardless of the magnitude of the interlayer displacement. In other words, according to the above-mentioned friction damper, a building is subjected to a large damping force even under severe internal force at the time of maximum interlayer displacement, and in that case, the building may be damaged depending on the magnitude of the building's failure limit strength. Resulting in. Therefore, it has been difficult to apply the friction damper particularly to a low-strength structure such as an old existing building.

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、古い既存建物等のような低強度構造体にも適用可能で安価な摩擦ダンパーを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an inexpensive friction damper that can be applied to a low-strength structure such as an old existing building.

かかる目的を達成するために請求項1に示す発明は、
相対移動する二部材同士の間に介装されて、前記二部材同士の間の振動を減衰する摩擦ダンパーであって、
前記相対移動に係る往復の直線移動動作を、所定の軸芯を回転中心とする往復の回転動作に変換する運動変換機構と、
前記二部材のうちの一方の部材に前記軸芯周りに回転自在に支持されて、前記回転動作によって回転する回転慣性質量体と、
前記回転慣性質量体に設けられ該回転慣性質量体と一体となって回転する摩擦材と、
前記一方の部材に設けられ、前記摩擦材との摺動により前記摩擦材との間に生じる摩擦力によって前記振動を減衰する滑り材と、を備え、
前記運動変換機構によって、前記摩擦材の前記軸芯周りの回転速度は、前記直線移動動作の速度よりも増速されていることを特徴とする。
上記請求項1に示す発明によれば、前記摩擦材の前記軸芯周りの回転速度は、前記直線移動動作の速度よりも増速される。そして、この増速分を梃子倍率として、摩擦材と滑り材との間の実際の回転方向の摩擦力が増幅されて、前記軸芯方向の減衰力として作用させることができる。その結果、実際に摩擦材と滑り材との間で発生させるべき回転方向の摩擦力の大きさは、振動減衰に必要とされる軸芯方向の減衰力の大きさよりも増速分だけ小さくて済み、よって、当該摩擦力の大きさが小さくて済む分だけ摩擦材及び滑り材の減量化を図れ、摩擦ダンパーを安価にできる。
In order to achieve this object, the invention shown in claim 1
A friction damper that is interposed between two members that move relative to each other and attenuates vibration between the two members,
A motion conversion mechanism that converts the reciprocating linear movement operation related to the relative movement into a reciprocating rotation operation about a predetermined axis;
A rotating inertial mass that is supported by one of the two members so as to be rotatable around the axis and is rotated by the rotating operation;
A friction material provided on the rotary inertia mass body and rotating integrally with the rotary inertia mass body;
A sliding material that is provided on the one member and that attenuates the vibration by a frictional force generated between the friction material and the friction material;
The rotational speed of the friction material around the axis is increased by the motion conversion mechanism as compared with the speed of the linear movement operation.
According to the first aspect of the present invention, the rotational speed of the friction material around the axis is increased more than the speed of the linear movement operation. Then, using this speed increase as an insulator magnification, the frictional force in the actual rotational direction between the friction material and the sliding material can be amplified and act as a damping force in the axial direction. As a result, the magnitude of the frictional force in the rotational direction that should actually be generated between the friction material and the sliding material is smaller than the magnitude of the damping force in the axial direction required for vibration damping by a speed increase. Therefore, the friction material and the sliding material can be reduced by the amount that the magnitude of the frictional force is small, and the friction damper can be made inexpensive.

また、上記構成は、回転慣性質量体を有している。そして、この回転慣性質量体の慣性力に基づく負剛性効果(詳細には後述する)は、前記直線移動動作の折り返し点に向かうに従って大きくなり、折り返し時に最大となる。よって、前記二部材やその近傍部材の自身の変形によってこれら自身に大きな内力が生じ得る前記直線移動動作の折り返し時には、回転慣性質量体の負剛性効果が減衰力を小さくする方向に作用して、実際に前記二部材等に入力される減衰力は、単純に回転方向の摩擦力のみに基づく場合の減衰力よりも小さくなる。よって、減衰力の入力に伴い前記二部材等に生じ得る内力の拡大を、特に厳しい内力状態の前記折り返し時において有効に抑制できて、その結果、当該摩擦ダンパーを、古い既存建物等の低強度構造体にも適用可能となる。   Moreover, the said structure has a rotation inertia mass body. The negative rigidity effect (described later in detail) based on the inertial force of the rotary inertia mass body becomes larger toward the turning point of the linear movement operation, and is maximized when turning back. Therefore, when turning back the linear movement operation in which a large internal force can be generated in itself due to the deformation of the two members and its neighboring members, the negative rigidity effect of the rotary inertia mass acts in the direction of reducing the damping force, The damping force that is actually input to the two members or the like is smaller than the damping force that is based solely on the frictional force in the rotational direction. Therefore, it is possible to effectively suppress the expansion of the internal force that can occur in the two members or the like due to the input of the damping force, particularly at the time of turning back in a severe internal force state. It can also be applied to structures.

更には、上記負剛性効果は、前記二部材を具備する構造体の剛性を低くする方向に作用すると言うこともできる。よって、当該構造体の長周期化を図れ、その制震性は向上される。   Furthermore, it can be said that the negative stiffness effect acts in the direction of lowering the stiffness of the structure including the two members. Therefore, the structure can be lengthened, and its damping performance is improved.

請求項2に示す発明は、請求項1に記載の摩擦ダンパーであって、
前記直線移動動作の速度に応じて、前記回転慣性質量体の回転速度は変化し、
前記回転慣性質量体に作用する遠心力の大きさに応じて、前記摩擦材の前記滑り材に対する圧接力を増減変更する圧接力変更機構を有することを特徴とする。
上記請求項2に示す発明によれば、前記直線移動動作の速度に応じて、摩擦材と滑り材との間の前記摩擦力が増減することになる。これにより、減衰力の大きさが振動の速度に応じて変化する速度依存型摩擦ダンパーが実現される。つまり、地震動レベルに応じた最適な制震作用を奏することができる。より具体的に言えば、振動の速度が小さい小地震に対しては小さな減衰力を発生し、振動の速度が大きい大地震に対しては大きな減衰力を発生することができる。
The invention shown in claim 2 is the friction damper according to claim 1,
Depending on the speed of the linear movement operation, the rotational speed of the rotating inertial mass changes,
A pressure contact force changing mechanism is provided for changing the pressure contact force of the friction material against the sliding material according to the magnitude of the centrifugal force acting on the rotary inertia mass body.
According to the second aspect of the present invention, the frictional force between the friction material and the sliding material increases or decreases according to the speed of the linear movement operation. Thereby, a speed-dependent friction damper in which the magnitude of the damping force changes according to the speed of vibration is realized. That is, the optimal seismic control action according to the ground motion level can be achieved. More specifically, a small damping force can be generated for a small earthquake with a small vibration speed, and a large damping force can be generated for a large earthquake with a large vibration speed.

請求項3に示す発明は、請求項1に記載の摩擦ダンパーであって、
前記回転慣性質量体は、前記直線移動動作に係る所定長をリード長として、前記軸芯周りに回転し、
前記直線移動動作の速度に応じて、前記回転慣性質量体の回転半径を増減変更する回転半径変更機構を有することを特徴とする。
上記請求項3に示す発明によれば、前記所定長をリード長とする。つまり、前記所定長だけ直線移動動作する度に回転慣性質量体は前記軸芯周りに一回転する。また、前記直線移動動作の速度に応じて前記回転慣性質量体の回転半径、つまり摩擦材の回転半径が増減する。すると、この回転半径の増減分だけ、一回転当たりの摩擦材の摺動長が変化し、つまりこの摺動長の変化分だけ上述の梃子倍率が変化する。そして、この梃子倍率に基づいて、摩擦材と滑り材との間の実際の回転方向の摩擦力が増幅されて、前記軸芯方向の減衰力として伝達される。
The invention shown in claim 3 is the friction damper according to claim 1,
The rotary inertia mass body rotates around the axis, with a predetermined length relating to the linear movement operation as a lead length,
A rotation radius changing mechanism is provided for changing the rotation radius of the rotary inertia mass body according to the speed of the linear movement operation.
According to the third aspect of the present invention, the predetermined length is the lead length. That is, each time the linear movement is performed by the predetermined length, the rotating inertial mass rotates once around the axis. Further, the rotational radius of the rotary inertia mass body, that is, the rotational radius of the friction material increases or decreases according to the speed of the linear movement operation. Then, the sliding length of the friction material per rotation changes by the increase / decrease of the turning radius, that is, the above-described lever magnification changes by the change of the sliding length. And based on this lever magnification, the frictional force in the actual rotational direction between the friction material and the sliding material is amplified and transmitted as the damping force in the axial direction.

従って、上記構成によれば、前記直線移動動作の速度に応じて減衰力の大きさが増減することになる。つまり、減衰力の大きさが振動の速度に応じて変化する速度依存型摩擦ダンパーが実現される。   Therefore, according to the above configuration, the magnitude of the damping force increases or decreases according to the speed of the linear movement operation. That is, a speed-dependent friction damper in which the magnitude of the damping force changes according to the vibration speed is realized.

請求項4に示す発明は、請求項3に記載の摩擦ダンパーであって、
前記回転半径変更機構は、前記回転慣性質量体に作用する遠心力の大きさに応じて、前記回転慣性質量体の回転半径を増減変更することを特徴とする。
上記請求項4に示す発明によれば、前記直線移動動作の速度に応じて、回転慣性質量体の回転半径、つまり摩擦材の回転半径が、遠心力を介して増減変更される。これにより、上述の梃子倍率の変化を通じて、減衰力の大きさが振動の速度に応じて受動的に変化される。つまりパッシブ式の速度依存型摩擦ダンパーが実現される。
The invention shown in claim 4 is the friction damper according to claim 3,
The turning radius changing mechanism may change the turning radius of the rotating inertial mass body according to the magnitude of a centrifugal force acting on the rotating inertial mass body.
According to the fourth aspect of the present invention, the rotational radius of the rotary inertia mass body, that is, the rotational radius of the friction material is increased or decreased through the centrifugal force in accordance with the speed of the linear movement operation. Thereby, the magnitude of the damping force is passively changed according to the vibration speed through the change in the above-described lever magnification. That is, a passive speed-dependent friction damper is realized.

請求項5に示す発明は、請求項4に記載の摩擦ダンパーであって、
前記運動変換機構には、前記一方の部材に前記軸芯周りに回転自在に支持された回転運動伝達部材が設けられ、
前記回転慣性質量体は、前記回転運動伝達部材を介して前記一方の部材に回転自在に支持され、
前記回転半径変更機構は、前記回転運動伝達部材に対する前記回転慣性質量体の回転方向への相対移動を規制しつつ、前記回転半径方向への相対移動を許容する案内部材と、前記回転慣性質量体に前記回転半径方向の向心力を付与する第1弾性部材と、を有し、
前記運動変換機構により前記直線移動動作から変換された前記回転動作に基づいて前記回転運動伝達部材が回転することにより、前記回転慣性質量体に前記回転動作が伝達され、
前記向心力と前記遠心力とが釣り合う前記回転半径方向の位置に前記回転慣性質量体が移動することを特徴とする。
上記請求項5に示す発明によれば、第1弾性部材の弾性特性の変更によって、減衰力と直線移動動作の速度(振動の速度)との関係を容易に変更可能となる。例えば、第1弾性部材の弾性特性を、その弾発力が撓みの2乗に比例する特性に変更すれば、減衰力と直線移動動作の速度とが概ね線形関係になるように調節することができる。そして、このような線形関係を有する摩擦ダンパーは、摩擦ダンパーでありながらも粘性ダンパーに近い特性を有し、制震設計し易いものとなる。ちなみに、摩擦ダンパーには、粘性ダンパーに比べてメンテナンスが楽であるという長所もある。
The invention shown in claim 5 is the friction damper according to claim 4,
The motion conversion mechanism is provided with a rotational motion transmission member that is supported by the one member so as to be rotatable around the axis.
The rotary inertia mass body is rotatably supported by the one member via the rotary motion transmission member,
The rotating radius changing mechanism includes a guide member that allows relative movement in the rotational radius direction while restricting relative movement in the rotational direction of the rotary inertia mass body with respect to the rotational motion transmission member, and the rotary inertia mass body. A first elastic member for applying a centripetal force in the rotational radial direction to
The rotational motion is transmitted to the rotary inertia mass body by rotating the rotational motion transmission member based on the rotational motion converted from the linear movement motion by the motion conversion mechanism,
The rotary inertia mass body is moved to a position in the rotational radial direction where the centripetal force and the centrifugal force are balanced.
According to the fifth aspect of the present invention, the relationship between the damping force and the speed of the linear movement operation (vibration speed) can be easily changed by changing the elastic characteristics of the first elastic member. For example, if the elastic characteristic of the first elastic member is changed to a characteristic in which the elastic force is proportional to the square of the deflection, the damping force and the speed of the linear movement operation can be adjusted so as to have a substantially linear relationship. it can. And the friction damper which has such a linear relationship has the characteristic close | similar to a viscous damper, although it is a friction damper, and becomes a thing which is easy to perform a damping control. Incidentally, friction dampers also have the advantage that they are easier to maintain than viscous dampers.

請求項6に示す発明は、請求項5に記載の摩擦ダンパーであって、
前記回転慣性質量体は、少なくもと二つ設けられ、
二つの前記回転慣性質量体同士は、互いに前記軸芯に関して対称に配置されていることを特徴とする。
上記請求項6に示す発明によれば、減衰力に与える重力の影響を概ね無くすことができる。詳しくは次の通りである。
The invention shown in claim 6 is the friction damper according to claim 5,
At least two of the rotary inertia mass bodies are provided,
The two rotary inertia mass bodies are arranged symmetrically with respect to the axis.
According to the sixth aspect of the present invention, the influence of gravity on the damping force can be almost eliminated. Details are as follows.

上述の請求項5の構成において、前記軸芯方向を鉛直にしない場合には、重力が回転慣性質量体の可動方向たる前記回転半径方向に作用することになり、当該重力の作用分、回転慣性質量体の回転半径が、設計値からずれてしまう。
この点につき、上記請求項6の構成によれば、二つの回転慣性質量体同士は、互いに前記軸芯に関して対称に配置されている。よって、仮に一方の回転慣性質量体が重力の影響で回転半径方向の内側に移動した場合であっても、もう一方の回転慣性質量体は逆にほぼ同量だけ外側に移動しており、これら回転慣性質量体をペアで考えれば、重力が摩擦材の回転半径に与える影響は相殺されることになる。よって、上記構成によれば、重力の影響を概ね無くすことができる。
In the configuration of the above-described claim 5, when the axial direction is not vertical, gravity acts in the rotational radius direction, which is the movable direction of the rotational inertial mass body, The turning radius of the mass body deviates from the design value.
In this regard, according to the configuration of the sixth aspect, the two rotary inertia mass bodies are arranged symmetrically with respect to the axis. Therefore, even if one rotating inertial mass moves to the inside in the rotational radius direction due to the influence of gravity, the other rotating inertial mass moves to the outside by almost the same amount. When the rotary inertia mass bodies are considered in pairs, the influence of gravity on the rotational radius of the friction material is offset. Therefore, according to the said structure, the influence of gravity can be eliminated substantially.

請求項7に示す発明は、請求項5又は6に記載の摩擦ダンパーであって、
前記滑り材と前記摩擦材とは、前記軸芯方向に互いに対向して配置され、
前記摩擦材を前記滑り材へ圧接するための第2弾性部材が、前記摩擦材と前記回転慣性質量体との間に介装されており、
前記案内部材によって、前記回転慣性質量体は、前記回転半径方向の内側の位置よりも外側の位置の方が前記滑り材の方へ押し出されるように、又はその逆になるように案内されていることを特徴とする。
上記請求項7に示す発明によれば、前記直線移動動作の速度に応じて、回転慣性質量体の回転半径、つまり摩擦材の回転半径が増減するだけでなく、摩擦力自体の大きさも増減する。つまり、減衰力は、前記梃子倍率に基づく増減だけでなく、更に摩擦力自体の増減によっても増減することになり、その結果、前記直線移動動作の速度の変化、つまり振動の速度の変化に対する減衰力の変化幅を調整することができる。
The invention shown in claim 7 is the friction damper according to claim 5 or 6,
The sliding material and the friction material are arranged to face each other in the axial direction,
A second elastic member for pressing the friction material against the sliding material is interposed between the friction material and the rotary inertia mass body;
The rotary inertia mass body is guided by the guide member so that the position outside the inner position in the radial direction of the rotation is pushed toward the sliding material or vice versa. It is characterized by that.
According to the seventh aspect of the present invention, not only the rotational radius of the rotary inertia mass body, that is, the rotational radius of the friction material, but also the magnitude of the frictional force itself is increased or decreased according to the speed of the linear movement operation. . That is, the damping force is not only increased / decreased based on the lever magnification but also increased / decreased due to the increase / decrease of the frictional force itself. The range of change of force can be adjusted.

請求項8に示す発明は、請求項5乃至7の何れかに記載の摩擦ダンパーであって、
前記運動変換機構は、ボール状の転動体を介してナット部がねじシャフト部に螺合するボールねじ機構を有し、
前記ナット部は、前記二部材のうちの前記一方の部材に、前記軸芯周りの回転を許容されつつ前記軸芯方向の移動を規制されて支持され、
前記回転運動伝達部材は、前記ナット部を介して前記一方の部材に回転自在に支持され、
前記ねじシャフト部は、その軸芯方向が前記直線移動動作の方向に沿って配置されつつ、前記ねじシャフト部の軸芯方向の一端部は、前記二部材のうちの他方の部材に固定され、
前記ナット部の前記ねじシャフト部に対する前記リード長分の移動動作毎に、前記ナット部は一回転することを特徴とする。
上記請求項8に示す発明によれば、運動変換機構は、ボールねじ機構を有しているので、前記直線移動動作の前記回転動作への変換を円滑に行うことができる。
The invention shown in claim 8 is the friction damper according to any one of claims 5 to 7,
The motion conversion mechanism has a ball screw mechanism in which a nut portion is screwed to a screw shaft portion via a ball-shaped rolling element,
The nut portion is supported by the one member of the two members while being restricted from moving in the axial direction while allowing rotation around the axial core.
The rotational motion transmitting member is rotatably supported by the one member via the nut portion,
The screw shaft portion is arranged with its axial direction along the direction of the linear movement operation, and one end portion of the screw shaft portion in the axial direction is fixed to the other member of the two members,
The nut portion rotates once for each movement of the nut portion relative to the screw shaft portion by the lead length.
According to the eighth aspect of the present invention, since the motion conversion mechanism has the ball screw mechanism, the linear movement operation can be smoothly converted into the rotation operation.

本発明によれば、古い既存建物等のような低強度構造体にも適用可能で安価な摩擦ダンパーを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an inexpensive friction damper that can be applied to a low-strength structure such as an old existing building.

第1実施形態の摩擦ダンパー20を、建物の柱梁架構3のブレース10に組み込んだ状態の側面図である。It is a side view of the state which incorporated the friction damper 20 of 1st Embodiment in the brace 10 of the column beam frame 3 of a building. 同摩擦ダンパー20の中心縦断面図である。2 is a longitudinal sectional view of the center of the friction damper 20. FIG. 図3Aは、建物の柱梁架構3における減衰力の力点部位の水平方向の変位と、当該力点部位に生じる内力との関係を示すグラフであり、図3Bは、従来の摩擦ダンパーの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフであり、図3Cは、第1実施形態の摩擦ダンパー20の振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。FIG. 3A is a graph showing the relationship between the horizontal displacement of the force point part of the damping force and the internal force generated in the force point part in the column beam structure 3 of the building, and FIG. 3B shows the vibration energy absorption of the conventional friction damper. FIG. 3C is a graph of the history characteristic of vibration energy absorption of the friction damper 20 of the first embodiment. 第2実施形態の摩擦ダンパー20aの中心縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view of the friction damper 20a of 2nd Embodiment. 第2実施形態の摩擦ダンパー20aのV−P関係のグラフである。It is a graph of VP relationship of the friction damper 20a of 2nd Embodiment. 図6Aは、同摩擦ダンパー20aの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフであり、図6Bは負剛性効果が小さい場合の同グラフである。FIG. 6A is a graph of vibration energy absorption history characteristics of the friction damper 20a, and FIG. 6B is a graph when the negative stiffness effect is small. 第2実施形態の摩擦ダンパー20aのばね部材47に非線形ばねを用いた場合のV−P関係のグラフである。It is a graph of the VP relationship at the time of using a nonlinear spring for the spring member 47 of the friction damper 20a of 2nd Embodiment. 図8Aは、同摩擦ダンパー20aの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフであり、図8Bは負剛性効果が小さい場合の同グラフである。FIG. 8A is a graph of vibration energy absorption history characteristics of the friction damper 20a, and FIG. 8B is a graph when the negative stiffness effect is small. 複数の線形コイルばねを並列に組み合わせて非線形ばね特性を生じさせる構成例の説明図である。It is explanatory drawing of the structural example which produces a nonlinear spring characteristic by combining several linear coil springs in parallel. 第2実施形態の摩擦ダンパー20aの変形例の中心縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view of the modification of the friction damper 20a of 2nd Embodiment. 第3実施形態の摩擦ダンパー20bの中心縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view of the friction damper 20b of 3rd Embodiment.

===第1実施形態===
図1は、第1実施形態の摩擦ダンパー20を、建物の柱梁架構3のブレース10に組み込んだ状態の側面図である。ブレース10は、柱梁架構3の対角方向を架け渡し方向として配置されている。また、ブレース10は、その長手方向たる前記架け渡し方向の略中央の位置において分断されていて、これにより、摩擦ダンパー20を介装するための隙間Gが形成されている。詳しくは、この隙間Gの一方側には、ブレース10の一方の分断端10a(「一方の部材」に相当し、以下、第1分断端10aとも言う)が位置し、同隙間Gの他方側には、ブレース10の他方の分断端10b(「他方の部材」に相当し、以下、第2分断端10bとも言う)が位置していて、これら分断端10a,10b同士は、建物の揺れに応じて前記架け渡し方向に互いに相対移動可能になっている。よって、当該隙間Gに摩擦ダンパー20が介装されつつ各分断端10a,10bに接続されると、摩擦ダンパー20には、建物の揺れに応じて分断端10a,10b同士の間の相対移動が入力される。そして、この入力された相対移動に基づいて、摩擦ダンパー20は、ブレース10の架け渡し方向の振動を減衰し、建物の揺れを低減する。
=== First Embodiment ===
FIG. 1 is a side view of a state in which the friction damper 20 of the first embodiment is incorporated in a brace 10 of a column beam frame 3 of a building. The brace 10 is arranged with the diagonal direction of the column beam frame 3 as a bridging direction. Further, the brace 10 is divided at a position substantially in the center in the bridging direction, which is the longitudinal direction thereof, thereby forming a gap G for interposing the friction damper 20. Specifically, on one side of the gap G, one divided end 10a (corresponding to “one member”, hereinafter also referred to as the first divided end 10a) of the brace 10 is located. On the other side, the other divided end 10b of the brace 10 (corresponding to "the other member", hereinafter also referred to as the second divided end 10b) is located, and these divided ends 10a, 10b are In accordance with the shaking of the building, they can move relative to each other in the spanning direction. Therefore, when the friction damper 20 is interposed in the gap G and is connected to the respective divided ends 10a and 10b, the friction damper 20 has a relative relationship between the divided ends 10a and 10b according to the shaking of the building. Move is entered. Then, based on the input relative movement, the friction damper 20 attenuates the vibration in the bridging direction of the brace 10 and reduces the shaking of the building.

図2は、この摩擦ダンパー20の構成の説明図であり、摩擦ダンパー20の中心縦断面図である。なお、この断面図では、図の錯綜を防ぐべく、断面の一部については断面線を省略して示している。これは、以下の説明で用いる全ての中心縦断面図についても同様である。   FIG. 2 is an explanatory diagram of the configuration of the friction damper 20 and is a longitudinal sectional view of the center of the friction damper 20. In this cross-sectional view, a part of the cross-section is omitted from the cross-sectional line in order to prevent complication of the drawing. The same applies to all central longitudinal sectional views used in the following description.

摩擦ダンパー20は、(1)ブレース10の前記第1分断端10aと前記第2分断端10bとの間に介装されて、これら分断端10a,10b同士の相対移動に係る架け渡し方向の往復の直線移動動作を、同方向と平行な方向を回転中心軸C31とする往復の回転動作に変換するボールねじ機構30(「運動変換機構」に相当)と、(2)前記回転動作によって摩擦材50を滑り材60に対して摺動回転させて摩擦力を発生させる摩擦力発生機構40と、を有する。そして、この摩擦力を振動の減衰力として使用する。   The friction damper 20 is (1) interposed between the first divided end 10 a and the second divided end 10 b of the brace 10, and spans the relative movement between the divided ends 10 a and 10 b. A ball screw mechanism 30 (corresponding to a “motion conversion mechanism”) that converts a reciprocating linear movement operation in a direction into a reciprocating rotation operation having a direction parallel to the same direction as a rotation center axis C31; And a frictional force generating mechanism 40 that generates a frictional force by sliding and rotating the frictional member 50 with respect to the sliding member 60. This frictional force is used as a vibration damping force.

ボールねじ機構30は、ねじシャフト部31と、ねじシャフト部31にボール状の転動体(不図示)を介して螺合するナット部33と、を有する。ねじシャフト部31は、その軸芯方向C31を架け渡し方向に平行にして配され、その軸芯方向C31の一端部31bは、適宜な連結部材32を介して、第2分断端10bに対する前記軸芯方向C31の相対移動及び軸芯C31周りの相対回転を規制されつつ第2分断端10bに連結されている。一方、ナット部33は、ベアリング35aを具備した連結部材35を介して第1分断端10aに連結されており、当該ベアリング35aの作用により、ナット部33は、第1分断端10aに対する軸芯方向C31の相対移動については規制されているが、軸芯C31周りの相対回転については許容されている。   The ball screw mechanism 30 includes a screw shaft portion 31 and a nut portion 33 that is screwed onto the screw shaft portion 31 via a ball-shaped rolling element (not shown). The screw shaft portion 31 is disposed with its axial direction C31 parallel to the bridging direction, and one end portion 31b of the axial direction C31 is connected to the second divided end 10b via an appropriate connecting member 32. The relative movement in the axial direction C31 and the relative rotation around the axial center C31 are restricted and connected to the second divided end 10b. On the other hand, the nut portion 33 is connected to the first divided end 10a via a connecting member 35 provided with a bearing 35a, and the nut portion 33 is connected to the first divided end 10a by the action of the bearing 35a. The relative movement in the core direction C31 is restricted, but the relative rotation around the axis C31 is allowed.

よって、建物の揺れにより分断端10a,10b同士が架け渡し方向に相対移動すると、当該相対移動に応じて、ナット部33はねじシャフト部31の軸芯方向C31に沿って相対的に直線移動し、この直線移動動作によってナット部33は軸芯C31周りに螺合回転する。すなわち、分断端10a,10b同士の相対移動に係る直線移動動作が、軸芯C31周りの回転動作に変換されることになる。そして、この回転動作は、摩擦力発生機構40に伝達され、同機構40での摩擦力の発生を通じて振動の減衰に供される。   Therefore, when the split ends 10a and 10b move relative to each other in the bridging direction due to the shaking of the building, the nut portion 33 moves relatively linearly along the axial direction C31 of the screw shaft portion 31 according to the relative movement. The nut 33 is screwed and rotated around the axis C31 by this linear movement operation. That is, the linear movement operation related to the relative movement between the divided ends 10a and 10b is converted into a rotation operation around the axis C31. This rotational motion is transmitted to the frictional force generation mechanism 40 and is used for damping vibration through generation of the frictional force in the mechanism 40.

摩擦力発生機構40は、(1)ナット部33の外周から回転半径方向の外方に延出形成されナット部33と一体となって前記軸芯C31周りに回転する円板状のフランジ部41(「回転運動伝達部材」に相当)と、(2)フランジ部41の回転方向の所定部位に一体に設けられた略ブロック状の回転慣性質量体43と、(3)回転慣性質量体43に圧縮状態のばね部材45(「第2弾性部材」に相当)を介して設けられ、回転慣性質量体43と一体となって回転する摩擦材50と、(4)前記フランジ部41に対向されつつ、前記ベアリング35aよりも前記連結部材35における第1分断端10a側の部位に移動不能に固定された滑り材60と、を有する。   The frictional force generating mechanism 40 includes: (1) a disk-like flange portion 41 that extends from the outer periphery of the nut portion 33 outward in the rotational radius direction and rotates around the shaft core C31 integrally with the nut portion 33. (Corresponding to “rotational motion transmitting member”), (2) a substantially block-shaped rotational inertial mass 43 integrally provided at a predetermined portion in the rotational direction of the flange portion 41, and (3) the rotational inertial mass 43 A friction material 50 provided via a compressed spring member 45 (corresponding to a “second elastic member”) and rotating integrally with the rotary inertia mass body 43; and (4) while facing the flange portion 41. The sliding member 60 is fixed so as not to move to a portion of the connecting member 35 closer to the first divided end 10a than the bearing 35a.

そして、滑り材60は、前記軸芯C31を円心とするドーナツ型の円板状をなし、これにより、前記軸芯C31を回転中心として回転する摩擦材50の円形の周回軌道の全周に亘り、摩擦材50に確実に当接するように構成されている。よって、ばね部材45の弾発力を圧接力として滑り材60に圧接される摩擦材50は、その周回軌道の全周に亘ってほぼ一定の摩擦力を生じ、この摩擦力により建物の揺れを有効に減衰する。   Then, the sliding member 60 has a donut-shaped disk shape with the shaft core C31 as a center, and thereby, on the entire circumference of the circular orbit of the friction material 50 rotating around the shaft core C31. It is comprised so that it may contact | abut to the friction material 50 reliably. Therefore, the friction material 50 pressed against the sliding material 60 using the elastic force of the spring member 45 as a pressure contact force generates a substantially constant friction force over the entire circumference of the orbit, and the friction force causes the building to shake. Effectively attenuates.

ここで、この摩擦材50の回転速度は、ボールねじ機構30のリード長L及び摩擦材50の回転半径rの調節によって、ナット部33の軸芯方向C31の直線移動動作の速度Vよりも増速されるように設定されている。詳しくは、ナット部33がねじシャフト部31に対してリード長Lだけ相対的に直線移動すると、ナット部33は軸芯C31周りに一回転し、これにより摩擦材50も一回転するが、この第1実施形態では、この一回転分の周長(=2π×r)がリード長Lよりも長くなるように摩擦材50の回転半径rが設定されている。   Here, the rotational speed of the friction material 50 is higher than the speed V of the linear movement operation in the axial direction C31 of the nut portion 33 by adjusting the lead length L of the ball screw mechanism 30 and the rotation radius r of the friction material 50. It is set to be fast. Specifically, when the nut portion 33 moves linearly relative to the screw shaft portion 31 by the lead length L, the nut portion 33 rotates once around the axis C31, and thus the friction material 50 also rotates once. In the first embodiment, the rotation radius r of the friction material 50 is set so that the circumferential length (= 2π × r) for one rotation is longer than the lead length L.

そして、このように設定されていれば、摩擦材50と滑り材60との摺動による実際の回転方向の摩擦力が、前記リード長Lに対する前記周長の比率(=2π×r/L)分だけ増幅されて、軸芯方向の減衰力として作用させることができる。逆に言えば、この比率による増幅分、実際の回転方向の摩擦力を、振動減衰に必要な軸芯方向の減衰力の大きさよりも小さくすることができて、これにより摩擦材50及び滑り材60の減量化を図ることができる。例えば、この比率が50倍に設定されている場合には、必要な軸芯方向の減衰力の大きさの50分の1の大きさの回転方向の摩擦力を発生させれば、前記必要な大きさの軸芯方向の減衰力を確保することができる。なお、以下では、この増幅に係る前記比率(=2π×r/L)のことを、梃子倍率と言う。   And if it is set in this way, the frictional force in the actual rotational direction due to the sliding of the friction material 50 and the sliding material 60 is the ratio of the circumferential length to the lead length L (= 2π × r / L). It can be amplified by the amount and act as a damping force in the axial direction. Conversely, the frictional force in the actual rotational direction can be made smaller than the magnitude of the damping force in the axial direction necessary for vibration damping by the amplification amount by this ratio. 60 weight reduction can be achieved. For example, when this ratio is set to 50 times, the frictional force in the rotational direction that is 1/50 of the required damping force in the axial direction is generated. A damping force in the axial direction of the size can be ensured. Hereinafter, the ratio (= 2π × r / L) related to this amplification is referred to as an insulator magnification.

また、上述の摩擦力発生機構40は、回転慣性質量体43を有している。よって、この回転慣性質量体43の回転動作の慣性力に基づく負剛性効果により、振動減衰の際に建物に加えられる負荷を軽減できて、これにより、この摩擦ダンパー20を古い既存建物等の低強度構造体にも適用可能となる。詳しくは次の通りである。   Further, the frictional force generating mechanism 40 described above has a rotary inertia mass body 43. Therefore, the negative stiffness effect based on the inertial force of the rotational operation of the rotary inertia mass body 43 can reduce the load applied to the building at the time of vibration damping. It can also be applied to strength structures. Details are as follows.

図3Aは、建物の柱梁架構3において摩擦ダンパーにより減衰力が付与される部位(以下、力点部位と言う(図1を参照))の水平方向の変位と、当該力点部位に生じる内力との関係を示すグラフである。また、図3Bは、従来の摩擦ダンパーの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフであり、図3Cは、第1実施形態の摩擦ダンパー20の振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。なお、図3B及び図3Cのどちらのグラフも縦軸には減衰力Pをとり、横軸には架け渡し方向の振動の変位量、つまり同方向の直線移動動作の動作量をとっている。   FIG. 3A shows a horizontal displacement of a portion to which a damping force is applied by a friction damper (hereinafter referred to as a force point portion (see FIG. 1)) and an internal force generated in the force point portion in the column beam structure 3 of the building. It is a graph which shows a relationship. FIG. 3B is a graph of vibration energy absorption history characteristics of a conventional friction damper, and FIG. 3C is a graph of vibration energy absorption history characteristics of the friction damper 20 of the first embodiment. In both graphs of FIGS. 3B and 3C, the vertical axis represents the damping force P, and the horizontal axis represents the amount of vibration displacement in the bridging direction, that is, the amount of linear movement in the same direction.

図3A中、実線で示すように、振動の最大変位時には、建物自身が大きく変形していることから、建物の各部位には大きな内力が生じている。このような時に、更に大きな外力を変形方向と逆向きに付与すると、外力が付与される前記力点部位では、その内力が、当該外力の分だけ更に拡大する。すなわち、前記力点部位の内力は、図3A中実線で示す前記力点部位自身の変形による内力に、外力により生じる内力を足し合わせたものとなる。   As shown by a solid line in FIG. 3A, since the building itself is greatly deformed at the maximum displacement of vibration, a large internal force is generated in each part of the building. In such a case, if a larger external force is applied in the direction opposite to the deformation direction, the internal force further expands by the amount of the external force at the force point portion to which the external force is applied. That is, the internal force of the force point portion is obtained by adding the internal force generated by the external force to the internal force generated by the deformation of the force point portion itself shown by the solid line in FIG. 3A.

ここで、摩擦ダンパーの減衰力Pも、変形方向と逆向きの外力として作用する。また、従来の摩擦ダンパーの場合には、図3Bに示すように、その摩擦力たる減衰力Pの大きさは、振動に係る変位量によらず略一定である。よって、図3A中実線で示す内力に対して図3Bの減衰力Pにより生じる内力を加算してなる前記力点部位の実際の内力は、図3Aの点線のようになる。つまり、従来の摩擦ダンパーによれば、柱梁架構3の前記力点部位には、振動の最大変位時の厳しい内力下においても、大きな減衰力Pによる大きな内力が更に追加で生じることになり、その場合には、内力が拡大して当該力点部位の破壊限界強度に至り易くなる。それ故、古い既存建物等の低強度構造体には、従来の摩擦ダンパーの適用は困難である。   Here, the damping force P of the friction damper also acts as an external force opposite to the deformation direction. In the case of the conventional friction damper, as shown in FIG. 3B, the magnitude of the damping force P, which is the friction force, is substantially constant regardless of the displacement amount related to the vibration. Therefore, the actual internal force of the power point portion obtained by adding the internal force generated by the damping force P in FIG. 3B to the internal force indicated by the solid line in FIG. 3A is as shown by the dotted line in FIG. 3A. That is, according to the conventional friction damper, a large internal force due to a large damping force P is additionally generated at the force point portion of the column beam frame 3 even under severe internal force at the maximum displacement of vibration. In this case, the internal force is increased, and the breaking limit strength of the force point portion is easily reached. Therefore, it is difficult to apply a conventional friction damper to a low-strength structure such as an old existing building.

これに対して、第1実施形態の摩擦ダンパー20によれば、図3Cに示すように、負剛性効果に基づき、減衰力Pは、振動の最大変位に向かうに従って小さくなる。ここで、負剛性効果とは、変位するに従って、その変位方向の逆向きに付勢する力が大きくなることを言う。この第1実施形態の摩擦ダンパー20の場合には、回転慣性質量体43の回転による慣性力がその負剛性効果の元となる力である。そして、この慣性力の分だけ、摩擦材50と滑り材60との摩擦力に基づく減衰力よりも、前記力点部位に実際に付与される減衰力Pは小さくなる。   On the other hand, according to the friction damper 20 of the first embodiment, as shown in FIG. 3C, the damping force P becomes smaller toward the maximum displacement of vibration based on the negative stiffness effect. Here, the negative rigidity effect means that the force for urging in the direction opposite to the displacement direction increases as the displacement is performed. In the case of the friction damper 20 of the first embodiment, the inertial force due to the rotation of the rotary inertia mass body 43 is the force that is the source of the negative stiffness effect. Then, the damping force P actually applied to the power point portion is smaller than the damping force based on the frictional force between the friction material 50 and the sliding material 60 by the amount of this inertial force.

よって、図3A中実線で示す内力に対して図3Cの減衰力Pにより生じる内力を加算してなる実際の内力は、図3Aの一点鎖線のようになる。つまり、第1実施形態の摩擦ダンパー20によれば、振動の最大変位に近づくに従って減衰力Pが小さくなるので、減衰力Pの入力に伴う前記力点部位の内力の拡大を、特に厳しい内力状態の最大変位時において有効に抑制できる。その結果、当該摩擦ダンパー20を、古い既存建物等の低強度構造体にも適用可能となるのである。   Therefore, the actual internal force obtained by adding the internal force generated by the damping force P in FIG. 3C to the internal force indicated by the solid line in FIG. 3A is as shown by a one-dot chain line in FIG. 3A. In other words, according to the friction damper 20 of the first embodiment, the damping force P decreases as the maximum displacement of the vibration is approached, so that the internal force at the power point portion accompanying the input of the damping force P is increased in a particularly severe internal force state. It can be effectively suppressed at the maximum displacement. As a result, the friction damper 20 can be applied to a low-strength structure such as an old existing building.

ちなみに、振動の変位に比例して負剛性効果が大きくなるのは(つまり、図3Cの減衰力Pが振動の変位に比例して小さくなるのは)、通常、振動モデルの変位には、時間をパラメータとする正弦波が使用され、その場合、変位の二回微分たる加速度も正弦波となるからである。
また、この負剛性効果を更に拡大すべく、図2に示すようにフランジ部41の外周縁に沿って更に環状のリブ部41bを一体に設け、回転慣性質量体として機能させても良い。
Incidentally, the negative stiffness effect increases in proportion to the vibration displacement (that is, the damping force P in FIG. 3C decreases in proportion to the vibration displacement). This is because the acceleration which is the second derivative of the displacement is also a sine wave.
Further, in order to further expand this negative rigidity effect, an annular rib portion 41b may be provided integrally along the outer peripheral edge of the flange portion 41 as shown in FIG. 2 so as to function as a rotary inertia mass body.

===第2実施形態===
図4は、第2実施形態の摩擦ダンパー20aの中心縦断面図である。
上述の第1実施形態では、回転慣性質量体43及び摩擦材50は、ナット部33のフランジ部41に対する回転方向及び回転半径方向の両方向の移動が規制されていたが、この第2実施形態では、回転半径変更機構を有し、この回転半径変更機構により、回転方向の移動のみが規制され回転半径方向の移動は許容されている点で主に相違する。そして、この相違点に基づいて、この第2実施形態の摩擦ダンパー20aは、減衰力Pの大きさが振動の速度Vに応じて変化する速度依存型摩擦ダンパーとして構成されている。なお、これ以外の点は概ね第1実施形態と同じであり、以下では、同様の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
=== Second Embodiment ===
FIG. 4 is a central longitudinal sectional view of the friction damper 20a of the second embodiment.
In the above-described first embodiment, the rotational inertia mass body 43 and the friction material 50 are restricted from moving in both the rotational direction and the rotational radial direction with respect to the flange portion 41 of the nut portion 33. In this second embodiment, however, The rotation radius changing mechanism is mainly different from the rotation radius changing mechanism in that only the movement in the rotation direction is restricted and the movement in the rotation radius direction is allowed. Based on this difference, the friction damper 20a of the second embodiment is configured as a speed-dependent friction damper in which the magnitude of the damping force P changes according to the vibration speed V. The other points are generally the same as those in the first embodiment, and in the following, the same reference numerals are given to the same components, and detailed descriptions thereof are omitted.

回転半径変更機構は、図4に示すように、回転半径方向に沿ってフランジ部41に設けられたレール42(「案内部材」に相当)を有する。そして、このレール42の案内面42aとの係合によって、回転慣性質量体43は、滑り材60との間の距離を一定に維持しつつ、回転半径方向に移動可能に案内されている。また、フランジ部41の外周縁には、当該外周縁に沿って環状に壁部41aが形成されており、この環状壁部41aと回転慣性質量体43との間には、ばね部材47(「第1弾性部材」に相当)が介装されている。そして、このばね部材47の圧縮変形の弾発力により、回転慣性質量体43には、回転半径方向の内方を向いた向心力が付与されている。よって、この向心力と、回転慣性質量体43に作用する遠心力とが釣り合う回転半径方向の位置に回転慣性質量体43は移動する。   As shown in FIG. 4, the turning radius changing mechanism includes a rail 42 (corresponding to a “guide member”) provided on the flange portion 41 along the turning radius direction. Then, by the engagement of the rail 42 with the guide surface 42a, the rotary inertia mass body 43 is guided to be movable in the rotational radius direction while maintaining a constant distance from the sliding material 60. Further, a wall 41a is formed in an annular shape along the outer peripheral edge of the flange 41, and a spring member 47 ("" is formed between the annular wall 41a and the rotary inertia mass body 43. Corresponding to a “first elastic member”. Then, due to the elastic force of the compression deformation of the spring member 47, a centripetal force directed inward in the rotational radial direction is applied to the rotary inertia mass body 43. Therefore, the rotational inertial mass body 43 moves to a position in the rotational radial direction where the centripetal force and the centrifugal force acting on the rotational inertial mass body 43 are balanced.

ここで、回転慣性質量体43に作用する遠心力は、ボールねじ機構30に係る直線移動動作の速度、つまり、振動の速度Vの大小に応じて増減変化する。よって、この遠心力とばね部材47の弾発力との釣り合いによって定まる回転慣性質量体43の回転半径r1も、振動の速度Vの大小に応じて増減変化することになる。   Here, the centrifugal force acting on the rotary inertia mass body 43 increases and decreases according to the speed of the linear movement operation of the ball screw mechanism 30, that is, the magnitude of the vibration speed V. Therefore, the rotational radius r1 of the rotary inertia mass body 43 determined by the balance between the centrifugal force and the elastic force of the spring member 47 also changes in accordance with the magnitude of the vibration speed V.

また、前述した増幅に係る梃子倍率は、前記回転半径r1の大小によって増減し、つまり、摩擦力を梃子倍率で増幅してなる減衰力Pも、回転半径r1に応じて増減変化する。従って、この第2実施形態の構成によれば、振動の速度Vの大小に応じて減衰力Pの大きさが増減変化することとなり、かくして速度依存型摩擦ダンパーが実現される。   In addition, the above-described amplification factor for amplification increases / decreases depending on the magnitude of the rotation radius r1, that is, the damping force P obtained by amplifying the frictional force by the leverage factor also changes according to the rotation radius r1. Therefore, according to the configuration of the second embodiment, the magnitude of the damping force P changes in accordance with the magnitude of the vibration speed V, thus realizing a speed-dependent friction damper.

このような速度依存型摩擦ダンパーの減衰特性、つまり減衰力Pと振動の速度Vとの関係については、以下のような力学的検討を行うことで、詳細に把握することができる。   The damping characteristic of such a speed-dependent friction damper, that is, the relationship between the damping force P and the vibration speed V can be grasped in detail by conducting the following mechanical examination.

先ず、ばね部材47は線形ばね(つまり、ばね部材47の弾発力が撓みの一次関数の場合)であるものとし、そのばね定数をk1とし、また、ばね部材47の撓みが零であり未振動時の摩擦材50の回転半径をr0とし、振動時の摩擦材50の回転半径をr1とする。すると、回転慣性質量体43にかかる向心力Fcは、ばね部材47の復元力(弾発力)で与えられ、つまり下式1で表せる。
Fc=k1×(r1−r0) …(1)
また、振動の速度(つまり、ナット部33のねじシャフト部31に対する直線移動動作の速度のこと)をVとし、ボールねじ機構30のリード長をLとし、回転慣性質量体43の質量をm1とすると(摩擦材50やばね部材45等の質量は無視する)、回転慣性質量体43及び摩擦材50にかかる遠心力Feは、下式2で表せる。
Fe=m1×{(2π×r1/L)×V}2/r1 …(2)
そして、これら向心力Fcと遠心力Feとの力の釣り合いにより、下式3を得る。
k1×(r1−r0)=m1×{(2π×r1/L)×V}2/r1 …(3)
これをr1について解くと、下式4になる。
r1=(k1×r0)/{k1−m1×(2π/L) 2×V2} …(4)
なお、上式4の分母が零となる条件、つまりV≧√(k1/m1)×L/(2π) の場合には、r1は発散して回転半径r1は無限大となるが、この場合には、回転慣性質量体43及び摩擦材50は、それ以上回転半径r1が増えないように、前述の環状壁部41aに支持された状態となっている。
First, it is assumed that the spring member 47 is a linear spring (that is, when the elastic force of the spring member 47 is a linear function of deflection), the spring constant is k1, and the deflection of the spring member 47 is zero and not yet. The radius of rotation of the friction material 50 during vibration is r0, and the radius of rotation of the friction material 50 during vibration is r1. Then, the centripetal force Fc applied to the rotary inertia mass body 43 is given by the restoring force (elastic force) of the spring member 47, that is, can be expressed by the following formula 1.
Fc = k1 × (r1−r0) (1)
Also, the vibration speed (that is, the speed of the linear movement operation of the nut portion 33 with respect to the screw shaft portion 31) is V, the lead length of the ball screw mechanism 30 is L, and the mass of the rotary inertia mass body 43 is m1. Then (the masses of the friction material 50 and the spring member 45 are ignored), the centrifugal force Fe applied to the rotary inertia mass body 43 and the friction material 50 can be expressed by the following equation 2.
Fe = m1 × {(2π × r1 / L) × V} 2 / r1 (2)
Then, the following formula 3 is obtained by the balance between the centripetal force Fc and the centrifugal force Fe.
k1 × (r1−r0) = m1 × {(2π × r1 / L) × V} 2 / r1 (3)
Solving this for r1, the following equation 4 is obtained.
r1 = (k1 × r0) / {k1−m1 × (2π / L) 2 × V 2 } (4)
Note that when the denominator of the above equation 4 is zero, that is, when V ≧ √ (k1 / m1) × L / (2π), r1 diverges and the turning radius r1 becomes infinite. The rotary inertia mass body 43 and the friction material 50 are in a state of being supported by the annular wall portion 41a so that the rotation radius r1 does not increase any more.

一方、摩擦ダンパー20aの減衰力Pは、摩擦材50と滑り材60の摩擦係数をμ、摩擦材50の滑り材60への圧接力をNとすると、上述の梃子倍率の考え方に基づき下式5で表せる。
P=(2π×r1/L)×(N×μ) …(5)
但し、上式5は、回転慣性質量体43及び摩擦材50が1セットの場合であり、複数セットの場合には、その減衰力は上式5の複数倍となる。例えば、図4の例では2セットなので2倍となるが、ここでは、説明の関係上、1セット、つまり1倍として説明する。
この上式5のr1に前述の式4を代入すると、下式6が得られる。
P=(k1×r0)/{k1−m1(2π/L) 2×V2}×(2π/L )×(N×μ) …(6)
そして、この式6に基づいて摩擦ダンパー20aの減衰力Pをグラフ化すると、図5のV−P関係が得られる。すなわち、上式6および図5から分かるように減衰力Pが振動の速度Vに応じて変化する速度依存型摩擦ダンパーが実現されているのがわかる。
ちなみに、このグラフ化に当たり必要なr0,k1,L,N,μの各値には、それぞれ、図5中に記載の値を使用しており、また、m1については、同図5中に示すように三水準で振っている。
On the other hand, the damping force P of the friction damper 20a is expressed by the following equation based on the above-mentioned concept of the lever magnification, where μ is the friction coefficient of the friction material 50 and the sliding material 60, and N is the pressing force of the friction material 50 to the sliding material 60. It can be expressed as 5.
P = (2π × r1 / L) × (N × μ) (5)
However, the above formula 5 is a case where the rotary inertia mass body 43 and the friction material 50 are one set. In the case of a plurality of sets, the damping force is a multiple of the above formula 5. For example, in the example of FIG. 4, since there are two sets, the number is doubled.
Substituting the above equation 4 into r1 of the above equation 5, the following equation 6 is obtained.
P = (k1 × r0) / {k1−m1 (2π / L) 2 × V 2 } × (2π / L) × (N × μ) (6)
Then, when the damping force P of the friction damper 20a is graphed based on the expression 6, the VP relationship of FIG. 5 is obtained. That is, as can be seen from the above equation 6 and FIG. 5, it can be seen that a speed-dependent friction damper in which the damping force P changes according to the vibration speed V is realized.
Incidentally, the values described in FIG. 5 are used for the values of r0, k1, L, N, and μ necessary for this graphing, and m1 is shown in FIG. So we are shaking at three levels.

図6Aには、この摩擦ダンパー20aの振動エネルギー吸収履歴特性を示している。縦軸には減衰力Pをとり、横軸には架け渡し方向の振動の変位量、つまり、同方向の直線移動動作の動作量をとっている。また、この図6Aは、減衰すべき前記振動が、時間を変数とする正弦関数の振動の場合のグラフである。また、図6A中の実線は、振動の速度Vが大きい場合であり、点線は振動の速度Vが小さい場合である。   FIG. 6A shows the vibration energy absorption history characteristics of the friction damper 20a. The vertical axis represents the damping force P, and the horizontal axis represents the amount of vibration displacement in the bridging direction, that is, the amount of linear movement in the same direction. FIG. 6A is a graph when the vibration to be damped is a sinusoidal vibration with time as a variable. The solid line in FIG. 6A is when the vibration speed V is high, and the dotted line is when the vibration speed V is low.

図6Aから明らかなように、振動の速度Vが大きい場合には、大きな減衰力Pを発生し、同速度Vが小さい場合には、小さな減衰力Pを発生している。よって、この第2実施形態の摩擦ダンパー20aによれば、振動の速度Vが小さい小地震に対しては小さな減衰力Pを発生し、振動の速度Vが大きい大地震に対しては大きな減衰力Pを発生することができる。
なお、図6A中で、グラフが全体として右肩下がりになっているのは、負剛性効果の影響である。つまり、負剛性効果が小さい場合には図6Bのように略水平になる。
As is clear from FIG. 6A, a large damping force P is generated when the vibration velocity V is large, and a small damping force P is generated when the velocity V is small. Therefore, according to the friction damper 20a of the second embodiment, a small damping force P is generated for a small earthquake with a small vibration speed V, and a large damping force is generated for a large earthquake with a large vibration speed V. P can be generated.
In FIG. 6A, the graph is slanted as a whole because of the negative stiffness effect. In other words, when the negative stiffness effect is small, it becomes substantially horizontal as shown in FIG. 6B.

ところで、望ましくは、図5のV−P関係が線形になっていると良く、そのようになっていれば、一般に線形関係に基づき粘性ダンパーが制震設計し易いのと同じ理由から、当該摩擦ダンパー20aも制震設計し易いものとなる。この点につき、この第2実施形態の構成において、そのV−P関係を概ね線形にする方法としては、上述のばね部材47に対して、弾発力が撓みの二乗に比例する特性のばね部材を用いることが挙げられる。
なお、このようなばね特性のばね部材により概ね線形のV−P関係を作り出せることについては、前述したような力学的検討により、以下のように確認することができる。
By the way, it is desirable that the VP relationship in FIG. 5 is linear, and if that is the case, the friction damper is generally used based on the linear relationship for the same reason that the damping control is easy to control. The damper 20a is also easy to design for damping. With respect to this point, in the configuration of the second embodiment, as a method for making the VP relationship substantially linear, the spring member 47 has a characteristic in which the elastic force is proportional to the square of the bending with respect to the spring member 47 described above. Is used.
The fact that a substantially linear VP relationship can be created by the spring member having such spring characteristics can be confirmed as follows by the mechanical examination as described above.

先ず、図4のばね部材47は、上述したように、その弾発力が撓みの二乗に比例する非線形ばねであるものとする。また、ばね部材47の撓みが零であり未振動時の摩擦材50の回転半径をr0とし、振動時の摩擦材50の回転半径をr1とする。その場合、回転慣性質量体43にかかる向心力Fcは、ばね部材47の復元力(弾発力)で与えられ、つまり下式7で表せる。
Fc=k1×(r1−r0)2 …(7)
また、回転慣性質量体43にかかる遠心力Feは、前述の式2と同じく下式8のように表せる。
Fe=m1×{(2π×r1/L)×V}2/r1 …(8)
そして、これら向心力Fcと遠心力Feとの力の釣り合いにより、下式9を得る。
k1×(r1−r0) 2=m1×{(2π×r1/L)×V}2/r1 …(9)
これをr1で解くと、下式10になる。
r1=[k1×L2×r0+2π×{m1×π×V2+√{m1×V2×(k1×L2×r0+m1×π2×V2)}}]/(k1×L2) …(10)
First, as described above, the spring member 47 in FIG. 4 is a non-linear spring whose elastic force is proportional to the square of the deflection. Further, the bending radius of the spring member 47 is zero, and the rotation radius of the friction material 50 when not vibrating is r0, and the rotation radius of the friction material 50 when vibrating is r1. In that case, the centripetal force Fc applied to the rotary inertia mass body 43 is given by the restoring force (elastic force) of the spring member 47, that is, can be expressed by the following Expression 7.
Fc = k1 × (r1−r0) 2 (7)
Further, the centrifugal force Fe applied to the rotary inertia mass body 43 can be expressed by the following equation 8 as in the above equation 2.
Fe = m1 × {(2π × r1 / L) × V} 2 / r1 (8)
Then, the following formula 9 is obtained by balancing the forces of the centripetal force Fc and the centrifugal force Fe.
k1 × (r1−r0) 2 = m1 × {(2π × r1 / L) × V} 2 / r1 (9)
Solving this with r1, the following equation 10 is obtained.
r1 = [k1 × L 2 × r0 + 2π × {m1 × π × V 2 + √ {m1 × V 2 × (k1 × L 2 × r0 + m1 × π 2 × V 2 )}}] / (k1 × L 2 )… (Ten)

一方、この摩擦ダンパー20aの減衰力Pは、摩擦材50と滑り材60の摩擦係数をμ、摩擦材50の滑り材60への圧接力をNとすると、上述の梃子倍率の考え方に基づき下式11で表せる。
P=(2π×r1/L )×(N×μ) …(11)
但し、前述したように、上式11は、回転慣性質量体43及び摩擦材50が1セットの場合であり、複数セットの場合には、その減衰力は上式11の複数倍となる。例えば、図4の例では2セットなので2倍となるが、ここでは説明の関係上、1セット、つまり1倍とする。
On the other hand, the damping force P of the friction damper 20a is based on the above-described concept of the lever magnification, where μ is the friction coefficient of the friction material 50 and the sliding material 60, and N is the pressing force of the friction material 50 to the sliding material 60. It can be expressed by Equation 11.
P = (2π × r1 / L) × (N × μ) (11)
However, as described above, the above formula 11 is a case where the rotary inertia mass body 43 and the friction material 50 are one set. In the case of a plurality of sets, the damping force is a multiple of the above formula 11. For example, in the example of FIG. 4, since there are two sets, the number is doubled.

この上式11のr1に式10を代入すると、下式12が得られる。
P=(2π×N×μ)×[k1×L2×r0+2π×{m1×π×V2+√{m1×V2×(k1×L2×r0+m1×π2×V2)}}]/(k1×L) …(12)
そして、この式12に基づいて摩擦ダンパー20aの減衰力Pをグラフ化すると、図7のV−P関係が得られる。すなわち、V−P関係はほぼ線形関係になっている。
Substituting Equation 10 into r1 in Equation 11 above yields Equation 12 below.
P = (2π × N × μ) × [k1 × L 2 × r0 + 2π × {m1 × π × V 2 + √ {m1 × V 2 × (k1 × L 2 × r0 + m1 × π 2 × V 2 )}} / (K1 × L 3 )… (12)
Then, when the damping force P of the friction damper 20a is graphed based on the equation 12, the VP relationship of FIG. 7 is obtained. That is, the VP relationship is almost linear.

図8Aには、このV−P関係が略線形の摩擦ダンパー20aが奏する振動エネルギー吸収履歴特性を示している。なお、図8A中の実線は、振動の速度が大きい場合であり、点線は振動の速度が小さい場合である。図6Aとの対比からわかるように、図8Aの履歴特性のループは図6Aよりも丸みを帯びており、もって、そのV−P関係は、粘性ダンパー等の速度比例型減衰装置に近い特性を有しているのがわかる。
なお、図8A中、グラフが全体として右肩下がりになっているのは、前述したように負剛性効果の影響である。つまり、負剛性効果が小さい場合には図8Bのように略水平になる。
FIG. 8A shows vibration energy absorption history characteristics exhibited by the friction damper 20a having a substantially linear VP relationship. The solid line in FIG. 8A is when the vibration speed is high, and the dotted line is when the vibration speed is low. As can be seen from the comparison with FIG. 6A, the hysteresis characteristic loop of FIG. 8A is rounder than that of FIG. 6A, and thus the VP relationship is similar to that of a speed proportional damping device such as a viscous damper. You can see that it has.
In FIG. 8A, the graph is slanted as a whole because of the negative stiffness effect as described above. In other words, when the negative stiffness effect is small, it becomes substantially horizontal as shown in FIG. 8B.

この弾発力が撓みの二乗に比例する非線形ばねは、皿ばねや板ばね等の特殊ばねによっても実現できるが、コイルばねによっても実現可能である。その一例としては、巻き取り径がコイルばねの軸方向に沿って変化しているようなコイルばねや、線径がコイルばねの軸方向に沿って変化しているようなコイルばね、または、軸方向の巻き取りピッチが軸方向に変化しているようなコイルばね等が挙げられる。   The nonlinear spring in which the elastic force is proportional to the square of the deflection can be realized by a special spring such as a disc spring or a leaf spring, but can also be realized by a coil spring. For example, a coil spring in which the winding diameter changes along the axial direction of the coil spring, a coil spring in which the wire diameter changes along the axial direction of the coil spring, or a shaft Examples thereof include a coil spring in which the winding pitch in the direction changes in the axial direction.

なお、上述の非線形ばね特性をコイルばねで作り出す方法として、剛性(ばね定数)が互いに異なる線形コイルばねを並列配置する方法を用いても良い。図9は、この方法を説明するための摩擦力発生機構40aの拡大図である。この例では、巻き取り径によって剛性を異ならせており、つまり、図中一点鎖線で示す巻き取り径が大径のコイルばね47aは低剛性のばねとして用いられ、図中点線で示す巻き取り径が中径のコイルばね47bは中剛性のばねとして用いられ、図中実線で示す巻き取り径が小径のコイルばね47cは高剛性のばねとして用いられる。   In addition, as a method for creating the above-described nonlinear spring characteristics with a coil spring, a method in which linear coil springs having different stiffnesses (spring constants) are arranged in parallel may be used. FIG. 9 is an enlarged view of the frictional force generating mechanism 40a for explaining this method. In this example, the rigidity varies depending on the winding diameter, that is, the coil spring 47a having a large winding diameter indicated by a one-dot chain line in the figure is used as a low-rigidity spring, and the winding diameter indicated by a dotted line in the figure. The coil spring 47b having a medium diameter is used as a medium rigidity spring, and the coil spring 47c having a small winding diameter indicated by a solid line in the drawing is used as a high rigidity spring.

そして、初期の撓み変形においては、巻き取り径が大径の低剛性のコイルばね47aによって弾発力が付与され、中期の撓み変形においては、前記コイルばね47aの弾発力に加えて巻き取り径が中径の中剛性のコイルばね47bから弾発力が付与され、後期の撓み変形においては、これらコイルばね47a,47bの弾発力に加えて更に巻き取り径が小径の高剛性のコイルばね47cからも弾発力が付与され、これにより、上述の非線形ばね特性が実現されるようになっている。   In the initial bending deformation, a resilient force is applied by the low-rigidity coil spring 47a having a large winding diameter, and in the intermediate bending deformation, the winding is performed in addition to the resilient force of the coil spring 47a. A resilient force is applied from the medium-rigid coil spring 47b having a medium diameter, and in the later bending deformation, in addition to the resilient force of the coil springs 47a and 47b, a highly rigid coil having a smaller winding diameter. A resilient force is also applied from the spring 47c, whereby the above-described nonlinear spring characteristic is realized.

ところで、この第2実施形態の構成において(図4を参照)、ボールねじ機構30の軸芯方向C31を鉛直にしない場合には、重力が回転慣性質量体43の可動方向たる回転半径方向に作用することになり、当該重力の作用分、回転慣性質量体43の回転半径r1が、設計値からずれてしまう。これにより、摩擦材50の回転半径r1を設計値通りに設定できずに、所期の減衰力Pを得られなくなる虞がある。   By the way, in the configuration of the second embodiment (see FIG. 4), when the axial direction C31 of the ball screw mechanism 30 is not vertical, gravity acts in the rotational radius direction that is the movable direction of the rotary inertia mass body 43. As a result, the rotation radius r1 of the rotary inertia mass body 43 is deviated from the design value by the action of the gravity. As a result, the turning radius r1 of the friction material 50 cannot be set as designed, and the desired damping force P may not be obtained.

ここで、このような重力の影響を無くすためには、図4に示すように、回転慣性質量体43を少なくもと二つ設けるとともに、これら二つの回転慣性質量体43,43同士を、互いに前記軸芯C31に関して対称に対向して配置するのが望ましい。このようにすれば、仮に一方の回転慣性質量体43が重力の影響で回転半径方向の内側に移動した場合であっても、もう一方の回転慣性質量体43は逆にほぼ同量だけ外側に移動しており、これら回転慣性質量体43,43をペアで考えれば、重力が摩擦材50の回転半径r1に与える影響は相殺されることになる。よって、この構成によれば、重力の影響を概ね無くすことができる。   Here, in order to eliminate the influence of such gravity, as shown in FIG. 4, at least two rotary inertia mass bodies 43 are provided, and these two rotary inertia mass bodies 43, 43 are mutually connected. It is desirable to arrange them symmetrically facing the axis C31. In this way, even if one rotating inertial mass 43 moves to the inside in the rotational radius direction due to the influence of gravity, the other rotating inertial mass 43 is on the other side approximately the same amount outside. If these rotary inertia mass bodies 43, 43 are considered as a pair, the influence of gravity on the rotation radius r1 of the friction material 50 is offset. Therefore, according to this structure, the influence of gravity can be almost eliminated.

また、上述の第2実施形態では、レール42の案内面42aによって、回転慣性質量体43は、滑り材60との間の距離を一定に維持しつつ、回転半径方向に移動可能に案内されていたが、何等これに限るものではなく、例えば、図10に示すように、レール42bの案内面42cの形状を変えることにより、滑り材60との間の距離を、回転慣性質量体43の回転半径方向の位置に応じて変化させるようにしても良い。   In the second embodiment described above, the rotary inertia mass body 43 is guided by the guide surface 42a of the rail 42 so as to be movable in the rotational radius direction while maintaining a constant distance from the sliding material 60. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 10, by changing the shape of the guide surface 42 c of the rail 42 b, the distance between the sliding material 60 and the rotation of the rotary inertia mass body 43 is changed. You may make it change according to the position of a radial direction.

詳しく説明すると、図10の例のレール42bの案内面42cは、回転半径方向の内側から外側へ向かうに従って滑り材60の方へ飛び出すような傾斜面に形成されている。これにより、回転慣性質量体43は、回転半径方向の内側から外側へ移動するに従って滑り材60の方へ押し出されるので、回転慣性質量体43と摩擦材50との間のばね部材45の弾発力の変化を通じて、摩擦材50の滑り材60への圧接力は、回転半径方向の内側の位置よりも外側の位置の方が高くなり、その結果、内側の位置の摩擦力よりも外側の位置の摩擦力の方が高くなる。つまり、上述の梃子倍率の変化に加えて、摩擦力自体も変化させることができて、これにより、振動の速度Vの変化に対する減衰力Pの変化幅を大きくすることができる。   More specifically, the guide surface 42c of the rail 42b in the example of FIG. 10 is formed as an inclined surface that protrudes toward the sliding material 60 from the inner side to the outer side in the rotational radius direction. As a result, the rotary inertia mass body 43 is pushed toward the sliding material 60 as it moves from the inner side to the outer side in the radial direction of rotation, so that the spring member 45 between the rotary inertia mass body 43 and the friction material 50 is elastic. Through the change of the force, the pressing force of the friction material 50 to the sliding material 60 becomes higher at the outer position than the inner position in the rotational radius direction, and as a result, the outer position than the inner position friction force. The friction force is higher. In other words, in addition to the above-described change in the lever magnification, the frictional force itself can be changed, whereby the change width of the damping force P with respect to the change in the vibration speed V can be increased.

ちなみに、場合によっては、図10の構成に関して、レール42bの案内面42cの傾斜方向を、上述とは逆にしても良い。つまり、レール42bの案内面42cが、回転半径方向の外側から内側へ向かうに従って滑り材60の方へ飛び出すような傾斜面に形成されていても良い。この場合には、回転慣性質量体43は、回転半径方向の外側から内側へ移動するに従って滑り材60の方へ押し出されるので、回転慣性質量体43と摩擦材50との間のばね部材45の弾発力の変化を通じて、摩擦材50の滑り材60への圧接力は、回転半径方向の外側の位置よりも内側の位置の方が高くなり、その結果、外側の位置の摩擦力よりも内側の位置の摩擦力の方が高くなる。
更には、上述の第1及び第2実施形態では、滑り材60と摩擦材50との間の摩擦係数μは、回転半径方向の全域に亘り一定としていたが、回転半径方向の位置に応じて摩擦係数μを異ならせ、これにより、摩擦力を変化させても良い。
Incidentally, in some cases, the inclination direction of the guide surface 42c of the rail 42b may be reversed with respect to the configuration of FIG. That is, the guide surface 42c of the rail 42b may be formed as an inclined surface that protrudes toward the sliding material 60 from the outer side toward the inner side in the rotational radius direction. In this case, the rotary inertia mass body 43 is pushed out toward the sliding member 60 as it moves from the outer side to the inner side in the radial direction of rotation, so that the spring member 45 between the rotary inertia mass body 43 and the friction member 50 is pushed. Through the change in the elastic force, the pressure contact force of the friction material 50 to the sliding material 60 is higher at the inner position than at the outer position in the rotational radius direction, and as a result, the inner force is higher than the friction force at the outer position. The frictional force at the position of is higher.
Furthermore, in the first and second embodiments described above, the friction coefficient μ between the sliding material 60 and the friction material 50 is constant over the entire region in the rotational radius direction, but depending on the position in the rotational radius direction. The friction coefficient μ may be varied to change the friction force.

===第3実施形態===
図11は、第3実施形態の摩擦ダンパー20bの中心縦断面図である。
上述の第2実施形態では、速度依存型摩擦ダンパーを実現するのに、遠心力による回転慣性質量体43及び摩擦材50の回転半径r1の変化を利用していたが、この第3実施形態では、回転半径r1は概ね固定としている。その代わりに、回転慣性質量体73の遠心力によって摩擦材50の滑り材60への圧接力を変化させ、これによる摩擦材50と滑り材60との間の摩擦力の変化を通じて、減衰力Pを変化させている。
=== Third Embodiment ===
FIG. 11 is a central longitudinal sectional view of the friction damper 20b of the third embodiment.
In the second embodiment described above, the change in the rotation radius r1 of the rotary inertia mass body 43 and the friction material 50 due to centrifugal force is used to realize the speed-dependent friction damper. In the third embodiment, The rotation radius r1 is generally fixed. Instead, the pressure force of the friction material 50 against the sliding material 60 is changed by the centrifugal force of the rotary inertia mass body 73, and the damping force P is changed through the change of the frictional force between the friction material 50 and the sliding material 60. Is changing.

このような遠心力に応じた圧接力の変化は、圧接力変更機構70によって行われる。圧接力変更機構70は、ナット部33の外周部にヒンジ71を介して連結されたアーム部材72を本体とする。そして、このヒンジ71により、アーム部材72は、滑り材60に対して近接・離間する方向の揺動回転動作については許容されているが、これ以外の動作については規制されている。   The change of the pressing force according to the centrifugal force is performed by the pressing force changing mechanism 70. The press contact force changing mechanism 70 has an arm member 72 connected to the outer peripheral portion of the nut portion 33 via a hinge 71 as a main body. By this hinge 71, the arm member 72 is allowed to swing and rotate in a direction in which the arm member 72 approaches and separates from the sliding material 60, but other operations are restricted.

また、このアーム部材72には回転慣性質量体73が一体に固定されており、この回転慣性質量体73に生じる遠心力を、上述のアーム部材72の前記揺動回転動作の駆動力としている。すなわち、ナット部33の回転速度が大きくなると、回転慣性質量体73の遠心力の増大を通じて、アーム部材72を滑り材60の方へ押す方向のモーメントが大きくなり、逆に、回転速度が小さくなると、遠心力の減少を通じて前記モーメントが小さくなる。   In addition, a rotary inertia mass body 73 is integrally fixed to the arm member 72, and a centrifugal force generated in the rotary inertia mass body 73 is used as a driving force for the swinging rotation operation of the arm member 72 described above. That is, when the rotation speed of the nut portion 33 increases, the moment in the direction of pushing the arm member 72 toward the sliding material 60 increases through an increase in the centrifugal force of the rotary inertia mass 73, and conversely, when the rotation speed decreases. As the centrifugal force decreases, the moment decreases.

なお、回転停止時におけるアーム部材72の動作を安定化させる目的で、図11に示すように、アーム部材72とフランジ部41とをばね部材74で連結しても良く、更には、アーム部材72自体の振動を抑えるべくアーム部材72とフランジ部41との間にオイルダンパー等の減衰部材75を介装しても良い。   For the purpose of stabilizing the operation of the arm member 72 when rotation is stopped, the arm member 72 and the flange portion 41 may be connected by a spring member 74 as shown in FIG. A damping member 75 such as an oil damper may be interposed between the arm member 72 and the flange portion 41 in order to suppress vibration of itself.

一方、フランジ部41は、アーム部材72よりも軸芯方向C31の滑り材60側に位置しており、また、同フランジ部41には、アーム部材72の位置に対応させて、軸芯方向C31に沿った貫通孔41hが形成されている。そして、この貫通孔41hには、アーム部材72を摩擦材50に連結する連結部材77(図示例ではばね部材78を具備している)が挿通されており、この連結部材77を介してアーム部材72の前記モーメントが摩擦材50に伝達されて、摩擦材50は滑り材60に圧接されるようになっている。   On the other hand, the flange portion 41 is located closer to the sliding member 60 in the axial direction C31 than the arm member 72. Further, the flange portion 41 has an axial direction C31 corresponding to the position of the arm member 72. A through-hole 41h is formed. A connecting member 77 (which includes a spring member 78 in the illustrated example) for connecting the arm member 72 to the friction material 50 is inserted into the through hole 41h, and the arm member is interposed through the connecting member 77. The moment 72 is transmitted to the friction material 50, and the friction material 50 is pressed against the sliding material 60.

ここで、当該モーメントは、上述したように、回転慣性質量体43に作用する遠心力によって生じ、また、遠心力はナット部33の回転速度に応じて変化し、ナット部33の回転速度は、ボールねじ機構30に係る直線移動動作の速度、つまり振動の速度Vの大小に応じて増減変化する。よって、前記モーメントに基づいて摩擦材50を滑り材60に押し付ける際の圧接力も、振動の速度Vの大小に応じて増減変化することとなり、かくして、この第2実施形態の構成によれば、振動の速度Vの大小に応じて摩擦力たる減衰力Pの大きさが増減変化する速度依存型摩擦ダンパーが実現される。   Here, as described above, the moment is generated by the centrifugal force acting on the rotary inertia mass body 43, and the centrifugal force changes according to the rotation speed of the nut portion 33, and the rotation speed of the nut portion 33 is It increases or decreases according to the speed of the linear movement operation related to the ball screw mechanism 30, that is, the vibration speed V. Therefore, the pressing force when pressing the friction material 50 against the sliding material 60 based on the moment also changes according to the magnitude of the vibration speed V. Thus, according to the configuration of the second embodiment, the vibration Thus, a speed-dependent friction damper is realized in which the magnitude of the damping force P, which is a friction force, increases or decreases according to the speed V.

なお、この速度依存型摩擦ダンパーのV−P関係の詳細については、上述の第2実施形態の場合と同様に、以下のような力学的検討を通じて確認することができる。   Note that the details of the VP relationship of the speed-dependent friction damper can be confirmed through the following mechanical examination, as in the case of the second embodiment described above.

先ず、回転慣性質量体73及び摩擦材50の回転半径をr1とし、回転慣性質量体73とヒンジ71との間の回転半径方向の距離をr2とすると、回転慣性質量体73にかかる遠心力F1は、下式13で表せる。
F1=m1×{(2π×r1/L)×V}2/r1
=m1×r1×{(2π/L)×V}2 …(13)
First, assuming that the rotational radius of the rotary inertia mass body 73 and the friction material 50 is r1, and the distance in the rotational radius direction between the rotary inertia mass body 73 and the hinge 71 is r2, the centrifugal force F1 applied to the rotary inertia mass body 73. Can be expressed by the following equation (13).
F1 = m1 × {(2π × r1 / L) × V} 2 / r1
= M1 x r1 x {(2π / L) x V} 2 (13)

また、回転慣性質量体73とヒンジ71との軸芯方向C31の距離をr3とし、減衰部材75による減衰力を0とすると、遠心力F1は、アーム部材72を介して軸芯方向C31の圧接力Nに変換されるので、下式14に示すようなヒンジ71周りのモーメントの釣り合い式が成り立つ。そして、これをNについて解いて式15を求め、式15のF1に上式13を代入すると、圧接力Nは下式16で表せる。
F1×r3=N×r2 …(14)
N=F1×(r3/r2) …(15)
=m1×r1×(r3/r2)×{(2π/L)×V}2 …(16)
ここで、圧接力Nの力で摩擦材50が滑り材60に押し付けられ、摩擦力F2が発生する。よって、このときの摩擦係数をμとすると、摩擦力F2は下式16で表せて、この式16のNに上式16を代入すると、下式17を得る。
F2=μ×N …(16)
=μ×m1×r1×(r3/r2)×{(2π/L)×V}2 …(17)
If the distance in the axial direction C31 between the rotary inertia mass 73 and the hinge 71 is r3 and the damping force by the damping member 75 is 0, the centrifugal force F1 is pressed against the axial direction C31 via the arm member 72. Since the force N is converted to the force N, a balance equation of moments around the hinge 71 as shown in the following equation 14 is established. Then, by solving this with respect to N and obtaining Expression 15, and substituting the above Expression 13 into F1 of Expression 15, the pressure contact force N can be expressed by the following Expression 16.
F1 × r3 = N × r2 (14)
N = F1 × (r3 / r2) (15)
= M1 x r1 x (r3 / r2) x {(2π / L) x V} 2 (16)
Here, the friction material 50 is pressed against the sliding material 60 by the pressure N, and the friction force F2 is generated. Therefore, when the friction coefficient at this time is μ, the frictional force F2 can be expressed by the following expression 16, and the above expression 17 is obtained by substituting the above expression 16 into N of the expression 16.
F2 = μ × N (16)
= Μ × m1 × r1 × (r3 / r2) × {(2π / L) × V} 2 (17)

一方、摩擦ダンパー20bの減衰力Pは、回転半径r1と摩擦力F2とから、下式18で表せる。但し、前述したように、下式18は、回転慣性質量体73及び摩擦材50が1セットの場合であり、複数セットの場合には、その減衰力は下式18の複数倍となる。例えば、図11の例では2セットなので2倍となるが、ここでは説明の関係上、1セット、つまり1倍とする。
P=(2π×r1/L )×F2 …(18)
そして、上式18のF2に式16を代入すると、下式19を得る。
P=μ×m1×r12×(r3/r2)×(2π/L)3×V2 …(19)
よって、上式19から明らかなように、そのV−P関係は、振動の速度Vに依存して減衰力Pが変化するものとなり、かくして、速度依存型摩擦ダンパーが実現されているのがわかる。
On the other hand, the damping force P of the friction damper 20b can be expressed by the following equation 18 from the rotation radius r1 and the friction force F2. However, as described above, the following equation 18 is a case where the rotary inertia mass body 73 and the friction material 50 are one set, and in the case of a plurality of sets, the damping force is a multiple of the following equation 18. For example, in the example of FIG. 11, since there are two sets, the number is doubled.
P = (2π × r1 / L) × F2 (18)
Then, substituting equation 16 into F2 in equation 18 yields equation 19 below.
P = μ × m1 × r1 2 × (r3 / r2) × (2π / L) 3 × V 2 (19)
Therefore, as apparent from the above equation 19, the VP relationship is such that the damping force P changes depending on the vibration speed V, and thus it can be seen that a speed-dependent friction damper is realized. .

===その他の実施の形態===
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。
=== Other Embodiments ===
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this embodiment, The deformation | transformation as shown below is possible in the range which does not deviate from the summary.

上述の実施形態では、直線移動動作と回転動作とを相互に変換可能な運動変換機構の一例としてボールねじ機構30を用いていたが、このような運動変換を可能な機構であれば、ボールねじ機構以外の機構を適用しても良く、例えば、ラックアンドピニオン機構等を用いても良い。   In the above-described embodiment, the ball screw mechanism 30 is used as an example of a motion conversion mechanism that can convert a linear movement operation and a rotation operation to each other. A mechanism other than the mechanism may be applied. For example, a rack and pinion mechanism may be used.

上述の第2実施形態では、回転慣性質量体43に向心力を付与すべく、環状壁部41aと回転慣性質量体43との間にばね部材47を介装し、その圧縮変形の弾発力を回転慣性質量体43に付与していたが、向心力を付与可能であれば、何等これに限るものではない。例えば、ナット部33の外周面と回転慣性質量体43との間にばね部材を介装し、その引張り変形の弾発力を回転慣性質量体43の向心力として用いても良い。   In the second embodiment described above, the spring member 47 is interposed between the annular wall portion 41a and the rotary inertia mass body 43 in order to impart a centripetal force to the rotary inertia mass body 43, and the elastic force of the compression deformation is provided. Although it has been given to the rotary inertia mass body 43, it is not limited to this as long as an centripetal force can be given. For example, a spring member may be interposed between the outer peripheral surface of the nut portion 33 and the rotary inertia mass body 43, and the elastic force of the tensile deformation may be used as the centripetal force of the rotary inertia mass body 43.

上述の実施形態では、摩擦ダンパー20,20a,20bを柱梁架構3のブレース10に適用していたが、適用対象は何等これに限るものではなく、相対移動する二部材の間であれば適用可能である。   In the above-described embodiment, the friction dampers 20, 20a, and 20b are applied to the braces 10 of the column beam frame 3. However, the application target is not limited to this, and the friction dampers 20, 20a, and 20b may be applied between two relatively moving members. Is possible.

上述の第2実施形態の摩擦ダンパー20aは、回転慣性質量体43及び摩擦材50の回転半径r1を、回転慣性質量体43に作用する遠心力によって受動的に変化させるパッシブ式の摩擦ダンパー20aであったが、何等これに限るものではなく、アクティブ式の摩擦ダンパーに構成しても良い。例えば、摩擦材50を回転半径方向に移動する油圧シリンダーやモーター等のアクチュエータを設け、当該アクチュエータを制御することにより、振動の速度Vに応じて摩擦材50を回転半径方向に移動してその回転半径r1を変化させても良い。更には、上述のパッシブ式の摩擦ダンパー20aに上述のアクチュエータを追設することにより、摩擦ダンパーをセミアクティブ式に構成しても良い。   The friction damper 20a of the second embodiment described above is a passive friction damper 20a that passively changes the rotation radius r1 of the rotary inertia mass body 43 and the friction material 50 by the centrifugal force acting on the rotary inertia mass body 43. However, the present invention is not limited to this, and an active friction damper may be used. For example, an actuator such as a hydraulic cylinder or a motor that moves the friction material 50 in the rotation radius direction is provided, and the friction material 50 is moved in the rotation radius direction according to the vibration speed V by controlling the actuator to rotate the friction material 50. The radius r1 may be changed. Furthermore, the friction damper may be configured to be semi-active by adding the above-described actuator to the above-described passive friction damper 20a.

上述の実施形態では、摩擦材50及び滑り材60の素材について述べていなかったが、摺動時に両者50,60同士の間に適度な大きさの摩擦力が生じるものであれば、使用可能である。例えば、滑り材60にステンレス鋼板を用いた場合には、摩擦材50の方には、ステンレス鋼板との間で安定した摩擦係数が得られる四フッ化エチレンや超高分子量ポリエチレン(例えば、ソマライト(商品名))等が使用される。   In the above-described embodiment, the material of the friction material 50 and the sliding material 60 has not been described. However, any material can be used as long as an appropriate frictional force is generated between the two 50 and 60 during sliding. is there. For example, when a stainless steel plate is used for the sliding material 60, the friction material 50 is provided with tetrafluoroethylene or ultrahigh molecular weight polyethylene (for example, somarite (for example, somarite) that provides a stable friction coefficient with the stainless steel plate. Product name)) etc. are used.

3 柱梁架構、10 ブレース、
10a 第1分断端(一方の部材)、10b 第2分断端(他方の部材)、
20 摩擦ダンパー、20a 摩擦ダンパー、20b 摩擦ダンパー、
30 ボールねじ機構(運動変換機構)、
31 ねじシャフト部、31b 一端部、32 連結部材、
33 ナット部、35 連結部材、35a ベアリング、
40 摩擦力発生機構、40a 摩擦力発生機構、
41 フランジ部(回転運動伝達部材)、41a 環状壁部、41b リブ部、
41h 貫通孔、
42 レール(案内部材)、42a 案内面、
42b レール(案内部材)、42c 案内面、
43 回転慣性質量体、
45 ばね部材(第2弾性部材)、
47 ばね部材(第1弾性部材)、
47a コイルばね、 47b コイルばね、 47c コイルばね、
50 摩擦材、60 滑り材、
70 圧接力変更機構、
71 ヒンジ、72 アーム部材、
73 回転慣性質量体、74 ばね部材、
75 減衰部材、77 連結部材、78 ばね部材、
C31 軸芯(軸芯方向、回転中心軸)、
r 回転半径、r0 回転半径、r1 回転半径、
L リード長、V 速度、G 隙間
3 Column beam frame, 10 braces,
10a 1st cut end (one member), 10b 2nd cut end (the other member),
20 friction damper, 20a friction damper, 20b friction damper,
30 Ball screw mechanism (motion conversion mechanism),
31 screw shaft part, 31b one end part, 32 connecting member,
33 Nut portion, 35 connecting member, 35a bearing,
40 frictional force generation mechanism, 40a frictional force generation mechanism,
41 flange part (rotational motion transmission member), 41a annular wall part, 41b rib part,
41h through hole,
42 rail (guide member), 42a guide surface,
42b rail (guide member), 42c guide surface,
43 Rotating inertial mass,
45 Spring member (second elastic member),
47 Spring member (first elastic member),
47a coil spring, 47b coil spring, 47c coil spring,
50 friction material, 60 sliding material,
70 pressure contact force changing mechanism,
71 hinge, 72 arm member,
73 Rotating inertia mass body, 74 Spring member,
75 Damping member, 77 Connecting member, 78 Spring member,
C31 axis (axial direction, center axis of rotation),
r turning radius, r0 turning radius, r1 turning radius,
L Lead length, V speed, G clearance

Claims (8)

相対移動する二部材同士の間に介装されて、前記二部材同士の間の振動を減衰する摩擦ダンパーであって、
前記相対移動に係る往復の直線移動動作を、所定の軸芯を回転中心とする往復の回転動作に変換する運動変換機構と、
前記二部材のうちの一方の部材に前記軸芯周りに回転自在に支持されて、前記回転動作によって回転する回転慣性質量体と、
前記回転慣性質量体に設けられ該回転慣性質量体と一体となって回転する摩擦材と、
前記一方の部材に設けられ、前記摩擦材との摺動により前記摩擦材との間に生じる摩擦力によって前記振動を減衰する滑り材と、を備え、
前記運動変換機構によって、前記摩擦材の前記軸芯周りの回転速度は、前記直線移動動作の速度よりも増速されていることを特徴とする摩擦ダンパー。
A friction damper that is interposed between two members that move relative to each other and attenuates vibration between the two members,
A motion conversion mechanism that converts the reciprocating linear movement operation related to the relative movement into a reciprocating rotation operation about a predetermined axis;
A rotating inertial mass that is supported by one of the two members so as to be rotatable around the axis and is rotated by the rotating operation;
A friction material provided on the rotary inertia mass body and rotating integrally with the rotary inertia mass body;
A sliding material that is provided on the one member and that attenuates the vibration by a frictional force generated between the friction material and the friction material;
The friction damper according to claim 1, wherein the rotational speed of the friction material around the axis is increased by the motion conversion mechanism as compared with the speed of the linear movement operation.
請求項1に記載の摩擦ダンパーであって、
前記直線移動動作の速度に応じて、前記回転慣性質量体の回転速度は変化し、
前記回転慣性質量体に作用する遠心力の大きさに応じて、前記摩擦材の前記滑り材に対する圧接力を増減変更する圧接力変更機構を有することを特徴とする摩擦ダンパー。
The friction damper according to claim 1,
Depending on the speed of the linear movement operation, the rotational speed of the rotating inertial mass changes,
A friction damper, comprising: a pressure contact force changing mechanism that increases or decreases a pressure contact force of the friction material against the sliding material in accordance with a magnitude of a centrifugal force acting on the rotary inertia mass body.
請求項1に記載の摩擦ダンパーであって、
前記回転慣性質量体は、前記直線移動動作に係る所定長をリード長として、前記軸芯周りに回転し、
前記直線移動動作の速度に応じて、前記回転慣性質量体の回転半径を増減変更する回転半径変更機構を有することを特徴とする摩擦ダンパー。
The friction damper according to claim 1,
The rotary inertia mass body rotates around the axis, with a predetermined length relating to the linear movement operation as a lead length,
A friction damper having a rotation radius changing mechanism for increasing or decreasing the rotation radius of the rotary inertia mass body according to the speed of the linear movement operation.
請求項3に記載の摩擦ダンパーであって、
前記回転半径変更機構は、前記回転慣性質量体に作用する遠心力の大きさに応じて、前記回転慣性質量体の回転半径を増減変更することを特徴とする摩擦ダンパー。
The friction damper according to claim 3, wherein
The friction damper according to claim 1, wherein the turning radius changing mechanism changes the turning radius of the rotating inertial mass body according to the magnitude of a centrifugal force acting on the rotating inertial mass body.
請求項4に記載の摩擦ダンパーであって、
前記運動変換機構には、前記一方の部材に前記軸芯周りに回転自在に支持された回転運動伝達部材が設けられ、
前記回転慣性質量体は、前記回転運動伝達部材を介して前記一方の部材に回転自在に支持され、
前記回転半径変更機構は、前記回転運動伝達部材に対する前記回転慣性質量体の回転方向への相対移動を規制しつつ、前記回転半径方向への相対移動を許容する案内部材と、前記回転慣性質量体に前記回転半径方向の向心力を付与する第1弾性部材と、を有し、
前記運動変換機構により前記直線移動動作から変換された前記回転動作に基づいて前記回転運動伝達部材が回転することにより、前記回転慣性質量体に前記回転動作が伝達され、
前記向心力と前記遠心力とが釣り合う前記回転半径方向の位置に前記回転慣性質量体が移動することを特徴とする摩擦ダンパー。
The friction damper according to claim 4,
The motion conversion mechanism is provided with a rotational motion transmission member that is supported by the one member so as to be rotatable around the axis.
The rotary inertia mass body is rotatably supported by the one member via the rotary motion transmission member,
The rotating radius changing mechanism includes a guide member that allows relative movement in the rotational radius direction while restricting relative movement in the rotational direction of the rotary inertia mass body with respect to the rotational motion transmission member, and the rotary inertia mass body. A first elastic member for applying a centripetal force in the rotational radial direction to
The rotational motion is transmitted to the rotary inertia mass body by rotating the rotational motion transmission member based on the rotational motion converted from the linear movement motion by the motion conversion mechanism,
The friction damper according to claim 1, wherein the rotary inertia mass body moves to a position in the rotational radial direction where the centripetal force and the centrifugal force are balanced.
請求項5に記載の摩擦ダンパーであって、
前記回転慣性質量体は、少なくもと二つ設けられ、
二つの前記回転慣性質量体同士は、互いに前記軸芯に関して対称に配置されていることを特徴とする摩擦ダンパー。
The friction damper according to claim 5,
At least two of the rotary inertia mass bodies are provided,
The two rotary inertia mass bodies are arranged symmetrically with respect to the axial core.
請求項5又は6に記載の摩擦ダンパーであって、
前記滑り材と前記摩擦材とは、前記軸芯方向に互いに対向して配置され、
前記摩擦材を前記滑り材へ圧接するための第2弾性部材が、前記摩擦材と前記回転慣性質量体との間に介装されており、
前記案内部材によって、前記回転慣性質量体は、前記回転半径方向の内側の位置よりも外側の位置の方が前記滑り材の方へ押し出されるように、又はその逆になるように案内されていることを特徴とする摩擦ダンパー。
The friction damper according to claim 5 or 6,
The sliding material and the friction material are arranged to face each other in the axial direction,
A second elastic member for pressing the friction material against the sliding material is interposed between the friction material and the rotary inertia mass body;
The rotary inertia mass body is guided by the guide member so that the position outside the inner position in the radial direction of the rotation is pushed toward the sliding material or vice versa. This is a friction damper.
請求項5乃至7の何れかに記載の摩擦ダンパーであって、
前記運動変換機構は、ボール状の転動体を介してナット部がねじシャフト部に螺合するボールねじ機構を有し、
前記ナット部は、前記二部材のうちの前記一方の部材に、前記軸芯周りの回転を許容されつつ前記軸芯方向の移動を規制されて支持され、
前記回転運動伝達部材は、前記ナット部を介して前記一方の部材に回転自在に支持され、
前記ねじシャフト部は、その軸芯方向が前記直線移動動作の方向に沿って配置されつつ、前記ねじシャフト部の軸芯方向の一端部は、前記二部材のうちの他方の部材に固定され、
前記ナット部の前記ねじシャフト部に対する前記リード長分の移動動作毎に、前記ナット部は一回転することを特徴とする摩擦ダンパー。
The friction damper according to any one of claims 5 to 7,
The motion conversion mechanism has a ball screw mechanism in which a nut portion is screwed to a screw shaft portion via a ball-shaped rolling element,
The nut portion is supported by the one member of the two members while being restricted from moving in the axial direction while allowing rotation around the axial core.
The rotational motion transmitting member is rotatably supported by the one member via the nut portion,
The screw shaft portion is arranged with its axial direction along the direction of the linear movement operation, and one end portion of the screw shaft portion in the axial direction is fixed to the other member of the two members,
The friction damper according to claim 1, wherein the nut portion makes one rotation for each movement of the nut portion relative to the screw shaft portion by the lead length.
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