JP2016142329A - 摩擦ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦材の局所的な摩耗を防止し減衰力を維持できる摩擦ダンパーを提供する
【解決手段】相対移動したときの摩擦力により制振作用を得る第１及び第２の板体６、７と、これら第１及び第２の板体６、７を、互いに接近させる方向に締結する締結部材８と、該締結部材８と前記第１又は第２の板体６、７の間に介装され、該締結部材の押圧力を前記第１又は第２の板体６、７に伝達する、第１及び第２の支圧板５、４とを備え、前記第１又は第２の支圧板５、４の対向する面の一方に、前記相対移動する方向に延びる凸条４ａを備える、摩擦ダンパー１を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、摩擦ダンパーに関するものである。

建築構造物においては、地震や強風により発生する建物の揺れを抑制するために、制振ダンパーが広く用いられている。

制振ダンパーとしては、各種のものが提案されているが、このうち特に摩擦ダンパーは、構造が簡単で安価に提供でき、しかも安定して制振作用が得られる利点がある。

従来、ボルトにより接合された二部材間の摩擦力を利用した摩擦ダンパーとして、図１０に示すものが知られている（例えば以下に示す特許文献１、特許文献２）。図１０における摩擦ダンパー９０は、中板９１の両側に摩擦材９２、添板９３、皿ばね９４などが、中板９１を挟んで対称的に設けられ、これらを貫通するボルト９５で締めつけられる構造となっている。中板９１あるいは添板９３のいずれかに長穴が設けられており、これによって、中板９１と添板９３の相対移動が可能となっている。

建築構造物に地震力が作用して、中板９１と添板９３の間に相対移動が生じたときに、添板９３は摩擦材９２の間で移動して摩擦力が発生し、これにより相対移動が抑制される。摩擦力は、ボルト９５の締結による押圧力で調整される。皿ばね９４は、相対移動に伴う摩擦材９２の摩耗によりボルト９５の押圧力が減少するのを低減する。

特許第３７１４０７７号公報 特開２００９−６８６６８号公報

上述したような従来の摩擦ダンパーにおいては、摩擦材９２に生じる面圧力はボルト９５に近くなるほど大きくなるため、ボルト９５近傍における摩擦材９２の摩耗は、他の部位に比べると激しくなる。特に地震などの振動により、中板９１と添板９３との相対的な滑動が激しく発生した場合、摩擦材９２が一様に摩耗せず、ボルト９５近傍の摩擦材９２が局所的に摩耗する。これにより、相対移動が繰り返されると、摩擦材９２が局所的に損傷し、ダンパー性能が低下する。

また、従来の摩擦ダンパーにおいては、摩擦材が摩耗して厚みが減るので、摩擦材の厚みが減ってもボルトによる押圧力の変動を小さくするために、皿ばねを使用している例もある。しかし、特に建物用の摩擦ダンパーに使用される皿ばねとしては、一般的に販売されているものでは耐荷重が不足するため、特注品を使用する必要があり、製造コストが高くなる。

本発明の課題は、摩擦材の局所的な摩耗を防止し減衰力を維持できる摩擦ダンパーを提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、相対移動したときの摩擦力により制振作用を得る第１及び第２の板体と、これら第１及び第２の板体を、互いに接近させる方向に締結する締結部材と、該締結部材と前記第１又は第２の板体の間に介装され、該締結部材の押圧力を前記第１又は第２の板体に伝達する、第１及び第２の支圧板とを備え、前記第１又は第２の支圧板の対向する面の一方に、前記相対移動する方向に延びる凸条を備える、摩擦ダンパーを提供する。
このような構成によれば、摩擦材に一様な面圧力を与えることができるため、摩擦材の局所的な摩耗を抑制し、製造当初の減衰力を維持することができる。

前記凸条は、前記第１又は第２の支圧板の、前記相対移動する前記方向に直交する幅方向の中央部に設けられてもよい。
このような構成によれば、摩擦材に与える面圧力の一様性を更に高めることが可能となる。

前記第１の支圧板には穴が形成され、前記第２の支圧板は、前記第１の支圧板の、前記穴を挟んで両側にそれぞれ配置され、前記穴内に、前記締結部材を構成するボルトが挿通されてもよい。
このような構成によれば、第１の支圧板からの圧力を均等に分散させて第２の支圧板の各々に伝えることができるため、摩擦材に与える面圧力を低減し、摩擦材の摩耗を抑制することが可能となる。

前記第１の板体は金属製の摩擦板であり、前記第２の板体は金属製の滑り板であり、前記凸条は前記摩擦板側に設けられた前記第２の支圧板に有り、前記摩擦板の、前記相対移動する前記方向に直交する方向の幅が、前記第２の支圧板の幅に略合致させた構成とされてもよい。
このような構成によれば、摩擦板や滑り板は金属製であり、摩耗がほとんどなく、厚さの変化が生じにくいため、皿ばねを使用する必要がなくなり、摩擦ダンパーを低コストで製造することが可能となる。
また、摩擦板の幅と第２の支圧板の幅が略合致させた構成となっている。これにより、摩擦板は第２の支圧板から受ける面圧力をそのまま滑り板にかけることが可能となり、効果的な面圧力の伝達が可能である。

摩擦ダンパーは、中板を備えてなり、該中板を中央に位置させて、前記中板の一方の面側に一組の前記第１及び第２の支圧板、及び、前記第１及び第２の板体が積層されるとともに、他の面側にも、他の第１及び第２の支圧板、及び、他の第１及び第２の板体が積層され、前記第１及び第２の支圧板、前記第１及び第２の板体、前記中板、前記他の第１及び第２の支圧板、前記他の第１及び第２の板体が、前記締結部材により締結されてもよい。
このような構成によれば、中板の両面において同様な構造を有しているため、中板の一方の面に位置する摩擦材が他方の面に位置する摩擦材より局所的な摩耗が進行してダンパー性能が低下することがなくなり、製造当初のダンパー性能をより長く維持することができる。

摩擦ダンパーは、中板を備えてなり、該中板を中央に位置させて、前記中板の一方の面側に一組の前記第１及び第２の支圧板、及び、前記第１及び第２の板体が積層されるとともに、他の面側には、皿ばねと、他の第１及び第２の板体が積層され、前記第１及び第２の支圧板、前記第１及び第２の板体、前記中板、前記皿ばね、前記他の第１及び第２の板体が、前記締結部材により締結されてもよい。
このような構成によれば、摩擦材の摩耗により摩擦材の厚みが減っても、ボルトによる押圧力の変動を小さくすることができる。

本発明によれば、摩擦材の局所的な摩耗を防止し、安定した減衰力を維持できる摩擦ダンパーを提供することが可能となる。

好ましい様態では、摩擦ダンパーを、安価に製造することが可能となる。

本発明の実施形態として示した摩擦ダンパーの斜視図である。 前記実施形態として示した摩擦ダンパーの正面図である。 前記実施形態として示した摩擦ダンパーの分解斜視図である。 前記実施形態として示した摩擦ダンパーにおける、第２の支圧板の斜視図である。 前記実施形態として示した摩擦ダンパーの実験における比較例の正面図である。 前記実施形態として示した摩擦ダンパーの実験に用いた試験装置の正面図である。 前記実施形態として示した摩擦ダンパーの実験結果を示す写真である。 前記実施形態として示した摩擦ダンパーの各部材の寸法を説明する正面図である。 本発明の別の実施形態として示した摩擦ダンパーの正面図である。 従来の摩擦ダンパーの断面図である。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態として示した摩擦ダンパー１を示す。図２は、摩擦ダンパー１の正面図である。

摩擦ダンパー１は、相対移動したときの摩擦力により制振作用を得る滑り板６及び摩擦板７と、これら滑り板６及び摩擦板７を互いに接近させる方向に締結するボルト８及びナット９と、ボルト８又はナット９と摩擦板７の間に介装され、ボルト８及びナット９の押圧力を摩擦板７に伝達する、第１の支圧板５及び第２の支圧板４とを備えている。第２の支圧板４は、第１の支圧板５に対向する面に、相対移動する方向に延びる凸条４ａを備えている。
摩擦ダンパー１は、更に、添板３及び中板２を備えている。

この摩擦ダンパー１は、中板２を中心として、中板２の、図２における紙面上方向に、添板３、第２の支圧板４、及び第１の支圧板５が、この順に積層されている。また、中板２の紙面下方向にも、添板３、第２の支圧板４、及び第１の支圧板５が、この順に積層されている。

中板２と添板３との間の各々には、中板２側に滑り板６が介装され、添板３側に摩擦板７が介装されている。

中板２、添板３、及び第１の支圧板５にはそれぞれ長穴２ａ、穴３ａ、５ａが形成されている。長穴２ａの開設される方向は、中板２と添板３が相対移動を行う方向である。第２の支圧板４は、添板３と第１の支圧板５の、それぞれの穴３ａ、５ａを挟んで両側に配置されている。この状態で、図２において紙面上方向に位置する第１の支圧板５の上方から、紙面下方向に位置する第１の支圧板５までの、各部材の長穴２ａ、穴３ａ、５ａ内に、ボルト８の雄ネジ部８ａが挿通されている。その後、雄ネジ部８ａの先端にナット９を螺着し、ボルト８を締めることで、中板２、滑り板６、摩擦板７、添板３、第２の支圧板４、及び、第１の支圧板５が、互いに接近する方向に押圧状態で固定、圧着された構造となっている。

次に、図３を用いて、各部材の詳細を説明する。

中板２は矩形の板状の部材である。中板２は、ＳＳ４００などの一般構造用圧延鋼材や、ＳＭ４９０などの溶接構造用圧延鋼材などで形成されるが、これに限られない。上記のように、中板２には長穴２ａが形成され、この長穴２ａをボルト８の雄ネジ部８ａが挿通する。

以下、図３の、中板２に対し紙面上方向の部材に関して説明するが、紙面方向下部の部材に関しても、上部と同様の構成であってよい。

滑り板６は矩形の板状の部材である。滑り板６は金属、特にステンレスなどで形成されるが、これに限られない。２枚の矩形の滑り板６が、滑り板６の長さ方向が中板２の長穴２ａと平行になるように、長穴２ａの両側にそれぞれ配置され、中板２に接合されている。

摩擦板７は矩形の板状の部材である。摩擦板７は金属、特に焼結金属系摩擦材や金属系摩擦材などで形成されるが、これに限られず、例えば各種材料からなるブレーキ材を用いてもよい。摩擦板７は、各滑り板６に対応して用意され、各々の一方の面が、ボルト８及びナット９により各部材が締結された後は滑り板６の各々と圧着し、かつ摩擦板７の長さ方向が中板２の長穴２ａと平行になるように、後述の添板３の穴３ａの両側にそれぞれ配置されている。摩擦板７の他方の面は、添板３に接合されている。

添板３は矩形の板状の部材である。添板３は、ＳＳ４００などの一般構造用圧延鋼材や、ＳＭ４９０などの溶接構造用圧延鋼材などで形成されるが、これに限られない。上記のように、添板３には穴３ａが形成され、この穴３ａをボルト８の雄ネジ部８ａが挿通する。上記のように、添板３の一方の面には２枚の摩擦板７が接合されている。

添板３の他方の面には、第２の支圧板４が配置されている。第２の支圧板４は矩形の板状の部材である。第２の支圧板４は、ＳＳ４００などの一般構造用圧延鋼材や、ＳＭ４９０などの溶接構造用圧延鋼材などで形成されるが、これに限られない。

第２の支圧板４は、各摩擦板７に対応して用意され、第２の支圧板４の長さ方向が中板２の長穴２ａと平行になるように、添板３の穴３ａを挟んで、それぞれ配置されている。第２の支圧板４の、中板２と添板３が相対移動する方向に直交する方向の幅は、摩擦板７の同方向の幅とほぼ同じであり、第２の支圧板４と摩擦板７は、添板３の幅方向における位置が同じになるように配置されている。第２の支圧板４の平面形状が、摩擦板７の平面形状とほぼ同じであってもよい。

第２の支圧板４の一方の面には、図４に示すように、中板２と添板３が相対移動する方向に直交する幅方向の中央部に、第２の支圧板４の長さ方向と平行な凸条４ａが設けられている。

第１の支圧板５は矩形の板状の部材である。第１の支圧板５は、ＳＳ４００などの一般構造用圧延鋼材や、ＳＭ４９０などの溶接構造用圧延鋼材などで形成されるが、これに限られない。第１の支圧板５の一方の面には、穴５ａを挟んで、各第２の支圧板４の凸条４ａが当接するように、第２の支圧板４が配置されている。

第１の支圧板５の他方の面から、穴５ａにボルト８の雄ネジ部８ａが挿入される。雄ネジ部８ａは順に、添板３の穴３ａ、中板２の長穴２ａ、及び、図３の紙面下方向に位置する添板３の穴３ａ、第１の支圧板５の穴５ａを挿通し、ナット９で螺着されている。ボルト８は摩擦接合用高力六角ボルト、構造用トルシア形高力ボルト、溶融亜鉛めっき高力ボルトを使用してもよいが、これに限られない。

上記のように構成された摩擦ダンパー１において、中板２に図１にＡで示される方向に、また、添板３に、Ａとは反対の、Ｂで示される方向に、それぞれ力が作用した場合の作用を説明する。

中板２と添板３のそれぞれに逆方向に作用した力により、中板２は、添板３に対して相対的に移動する。ボルト８の雄ネジ部８ａは、中板２の移動方向に開設された長穴２ａを挿通しているため、中板２はボルト８の雄ネジ部８ａに阻害されずに移動可能である。ボルト８及びナット９の締結による押圧力、及び該押圧力により発生する部材間の摩擦力が、この相対移動を制限する。この摩擦力は、滑り板６は中板２に接合されており、また、摩擦板７は添板３に接合され、添板３は、ボルト８及びナット９によって、第１の支圧板５と結合されているため、滑り板６と摩擦板７との界面で生じる。

ボルト８及びナット９の締結力による押圧力は、ボルト８の頭部８ｂから第１の支圧板５を経て、２つの第２の支圧板４のそれぞれに分散して伝達される。各第２の支圧板４はその凸条４ａで第１の支圧板５と接しているため、各第２の支圧板４は第１の支圧板５から伝達された圧力を、凸条４ａで集約して受ける。第２の支圧板４の凸条４ａは、上記のように、第２の支圧板４の幅方向の中央部に設けられているため、凸条４ａに集約された圧力は、凸条４ａから添板３に向かって広がりながら伝達される。第２の支圧板４の幅は、摩擦板７の幅とほぼ同じであり、結果として、ほぼ一様な面圧力が、摩擦板７に伝達される。

摩擦板７に作用する面圧力は上記のようにほぼ一様であるため、中板２と添板３の相対移動により滑り板６と摩擦板７との界面で生じる摩擦は、摩擦板７の局所的な部位に偏らず、摩擦板７の全域において一様に発生する。本作用が、中板２の両方の面側において同様に発生する。これにより、摩擦板７の局所的な摩耗が抑制され、製造当初の減衰性能を維持することができる。

また、摩擦材の局所的な摩耗が抑制される結果、摩耗が少なく、厚さの変化が生じにくいため、皿ばねを使用する必要がなくなり、摩擦ダンパーを低コストで製造することが可能となる。

上記のように構成された摩擦ダンパー１は、建築構造物のブレースと柱との間などに介装されて、地震力が与えられたときに制震ダンパーとして作用する。

次に、上記のように構成された摩擦ダンパー１を用いて、第２の支圧板４の有無による摩擦板７の摩耗の様子の相違を、実験により観察した結果について説明する。

図５は、本実験における摩擦ダンパー１との比較例である、摩擦ダンパー１０である。摩擦ダンパー１０は、図２に示す第２の支圧板４を有さない。すなわち、摩擦ダンパー１０においては、第１の支圧板５は第２の支圧板４を介さず、添板３に直接、圧接する。第２の支圧板４の有無以外については、摩擦ダンパー１０は摩擦ダンパー１と同じ構成を有する。

この摩擦ダンパー１０と、上記の実施形態で説明した摩擦ダンパー１とを、それぞれ試験装置２０に設置して、結果を比較した。図６は、上記の摩擦ダンパー１０を試験装置２０に設置した図である。試験装置２０は、板体２１と２つの支持部材２２を備え、これらに摩擦ダンパー１０が設置される。摩擦ダンパー１０の中板２の、摩擦ダンパー１０とは反対側の端部は、支持部材２２に接続される。また、摩擦ダンパー１０の添板３は同様に、板体２１を介して、他の支持部材２２に接続される。二つの支持部材２２に対して、図６に矢印で示す方向で、圧縮と引張を繰り返すことにより、摩擦ダンパー１０の滑り板６と摩擦板７との界面に摩擦を生じさせる。

上記の実施形態で説明した摩擦ダンパー１に関しても、同様に試験装置２０に設置して実験を行った。

図７に実験結果を示す。図７（ａ）は、試験装置２０に摩擦ダンパー１０を設置した場合の、滑り板（写真上部）と摩擦板（写真下部）の表面の様子を示す。図７（ｂ）は、試験装置２０に、上記の実施形態で説明した摩擦ダンパー１を設置した場合の、滑り板（写真上部）と摩擦板（写真下部）の表面の様子を示す。

図７（ａ）の摩擦板は、その紙面方向上部が局所的に擦れて摩耗しているが、図７（ｂ）の摩擦板は、その全域が均等に擦れている。すなわち、上記の実施形態で説明した摩擦ダンパー１においては、摩擦材の局所的な摩耗が抑制され、製造当初の減衰力を維持することができる。

上記の実施形態で説明した摩擦ダンパー１について、寸法関係の一例を図８に示す。図８において、各寸法の単位はｍｍである。各部の寸法は図８に示すとおりであるが、これに限られない。主な寸法関係について記すると、凸条４ａの高さ、凸条４ａの幅、第２の支圧板４の凸条４ａの基部までの高さ、第２の支圧板４の幅の比率が、２：６：１４：６０となっている。このような比率を有することにより、凸条４ａから添板３を介して摩擦板７へ十分に応力が広がるため、摩擦板７の局所的な摩耗を効果的に抑制することが可能となる。

次に、図９に、別の実施形態を示す。

別の実施形態における摩擦ダンパー３０においては、図２において中板２の紙面下方向に積層されていた第２の支圧板４、及び第１の支圧板５の代わりに、皿ばね３１を備えている。その他の構成は、図２などに示される上記の実施形態の摩擦ダンパー１の構成と同じである。

摩擦ダンパー３０においては、上記の実施形態で説明した摩擦ダンパー１と同様に、摩擦板７の局所的な摩耗が抑制され、製造当初の減衰性能を維持することができる。更に、摩擦ダンパー３０は、皿ばね３１を備えているため、相対移動に伴う摩擦材の摩耗により摩擦材の厚みが減っても、ボルト８及びナット９の締結力による押圧力の変動を小さくすることができる。

なお、上記の実施形態で説明した摩擦ダンパー１、３０においては、図２、９に示される、第２の支圧板４の凸条４ａの形成は、第２の支圧板４の材料となる矩形プレートの表面を切削するなどして形成してもよいが、矩形プレートに凸条の部分を溶接接合するなどして制作してもよい。

凸条４ａの高さや幅は、作用する応力で過剰に変形しない範囲でできるだけ低く、狭いほうが望ましいが、これに限られない。また、凸条４ａの断面形状は、各図に示すように矩形でよいが、台形形状、円弧形状、または楕円形状であってもよい。

中板２、滑り板６、摩擦板７、添板３、第１の支圧板５、及び第２の支圧板４の重ねる順序は、図２、９に示すとおりであってよいが、摩擦板７に一様に面圧力が作用する構成になっていれば、これに限られない。

図２の摩擦ダンパー１においては、中板２の双方の面側に、滑り板６、摩擦板７、添板３、第１の支圧板５、及び第２の支圧板４の組が積層されているが、中板２の片方の面のみが当該構造を有するものであってもよい。

図２の摩擦ダンパー１においては、第１の支圧板５の代わりに、第２の支圧板の各々の凸条に接触できる程度の大きさの、皿ばねを使用してもよい。また、第１の支圧板５と皿ばねを併用してもよい。

上記の摩擦ダンパー１、３０においては、凸条４ａは第２の支圧板４に設けられているが、第１の支圧板５の、第２の支圧板４に対向する面に、凸条が設けられ、該凸条によって第２の支圧板４を押圧してもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施の形態が可能であることが理解できるであろう。

よって、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形や改良形態も本発明に含まれる。

１、３０ 摩擦ダンパー
２ 中板
３ 添板
４ 第２の支圧板
５ 第１の支圧板
６ 滑り板
７ 摩擦板
８ ボルト
９ ナット
３１ 皿ばね

Claims (6)

1. 相対移動したときの摩擦力により制振作用を得る第１及び第２の板体と、
   これら第１及び第２の板体を、互いに接近させる方向に締結する締結部材と、
   該締結部材と前記第１又は第２の板体の間に介装され、該締結部材の押圧力を前記第１又は第２の板体に伝達する、第１及び第２の支圧板とを備え、
   前記第１又は第２の支圧板の対向する面の一方に、前記相対移動する方向に延びる凸条を備える、摩擦ダンパー。
2. 前記凸条は、前記第１又は第２の支圧板の、前記相対移動する前記方向に直交する幅方向の中央部に設けられる、請求項１に記載の摩擦ダンパー。
3. 前記第１の支圧板には穴が形成され、前記第２の支圧板は、前記第１の支圧板の、前記穴を挟んで両側にそれぞれ配置され、前記穴内に、前記締結部材を構成するボルトが挿通される、請求項１または２に記載の摩擦ダンパー。
4. 前記第１の板体は金属製の摩擦板であり、前記第２の板体は金属製の滑り板であり、前記凸条は前記摩擦板側に設けられた前記第２の支圧板に有り、前記摩擦板の、前記相対移動する前記方向に直交する方向の幅が、前記第２の支圧板の幅に略合致させた構成とされている、請求項１から３のいずれか一項に記載の摩擦ダンパー。
5. 中板を備えてなり、
   該中板を中央に位置させて、前記中板の一方の面側に一組の前記第１及び第２の支圧板、及び、前記第１及び第２の板体が積層されるとともに、他の面側にも、他の第１及び第２の支圧板、及び、他の第１及び第２の板体が積層され、
   前記第１及び第２の支圧板、前記第１及び第２の板体、前記中板、前記他の第１及び第２の支圧板、前記他の第１及び第２の板体が、前記締結部材により締結される、請求項１から４のいずれか一項に記載の摩擦ダンパー。
6. 中板を備えてなり、
   該中板を中央に位置させて、前記中板の一方の面側に一組の前記第１及び第２の支圧板、及び、前記第１及び第２の板体が積層されるとともに、他の面側には、皿ばねと、他の第１及び第２の板体が積層され、
   前記第１及び第２の支圧板、前記第１及び第２の板体、前記中板、前記皿ばね、前記他の第１及び第２の板体が、前記締結部材により締結される、請求項１から４のいずれか一項に記載の摩擦ダンパー。

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