JP5286487B2 - 振動減衰装置 - Google Patents

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Description

本発明は、構造物の振動を抑制する振動減衰装置に関する。
従来、構造物の振動を抑制する振動減衰装置（以下単に「減衰装置」ともいう。）は、粘性型、摩擦型、塑性型に分類される。
粘性型の減衰装置は、例えばオイルダンパやダッシュポット等であり、一般に、減衰力が構造物の振動（固有振動）の速度に比例する。したがって、粘性型の減衰装置においては、構造物の振動の周期が長いほど、十分な減衰力を得ることが難しい。このため、粘性型の減衰装置によれば、振動の周期が比較的長い長周期構造物に減衰装置が適用される場合、所望の減衰力を得るためには、振動の周期が比較的短い短期構造物に適用される場合との比較において、装置が大型化したり装置を高性能化させる必要が生じたりするという問題がある。装置の大型化や高性能化は、設置費用を増大させる。
摩擦型の減衰装置は、一般に、減衰力として作用する摩擦力の大きさが構造物の振動による変位にかかわらず一定である。このため、摩擦型の減衰装置によれば、振動の振幅が比較的小さい小振幅時には、摩擦力を生じさせるすべり面同士の固着により装置の機能が十分に発揮されず、また、振動の振幅が比較的大きい大振幅時には、振幅の増加にともなって等価粘性減衰係数が減少するという問題がある。ここで、等価粘性減衰係数とは、当該減衰装置の減衰性能を粘性型の減衰装置の粘性減衰係数に換算したものであり、減衰装置単体の減衰性能の指標となる数値である。
塑性型の減衰装置は、一般に、弾性体と塑性体の両方の力学特性を有している。このため、塑性型の減衰装置によれば、小振幅時には、減衰装置が弾性体として作動することから等価粘性減衰係数が小さく、また、大振幅時には、減衰装置が完全塑性体として作動することから、振幅の増加にともなって等価粘性減衰係数が減少するという問題がある。
以上のような各種類の減衰装置が有する問題点に基づくと、構造物の固有振動モードが長周期化することによっても減衰効果が持続し、しかも振幅の増加にともなって等価粘性減衰係数が減少しない減衰装置が理想的である。このような減衰装置によれば、構造物の振動の周期の長短に依存することなく、多種多様な構造物に対して、小振幅から大振幅まで振動エネルギーの吸収を効率的に行うことができると考えられる。
ここで、減衰力を生じさせるための機構が比較的簡単な摩擦型の減衰装置に着目する。摩擦型の減衰装置の場合、長周期化することによる減衰効果への影響は比較的小さいことから、摩擦力の大きさが構造物の振動による変位にともなって変化することで、上述したような振幅の大小に依存する問題が解消し、理想的な減衰装置が得られると考えられる。摩擦型の減衰装置に関する技術として、特許文献１および特許文献２に開示されているものがある。
特許文献１には、地震動の振幅の大小に対応して地震動に対する減衰を増減させる機構を備える構成が開示されている。また、特許文献２には、相対的に水平方向に移動可能に設けられる上下のプレート間に、上下の皿でボールを挟む複数の支承体や、上下のプレートの移動を案内する案内棒等を備え、上下のプレートの水平方向移動量により摩擦力が増加するような構成が開示されている。
特許文献１の技術では、地震動の振幅の大小に対応して地震動に対する減衰を増減させる機構が、複数のリンク等からなるリンク式であり、また、特許文献２の技術では、上下の皿やボールや案内棒等を組み合わせた機構が採用されている。このため、特許文献１および特許文献２に開示されている技術は、いずれも摩擦力によって減衰力を生じさせるための機構が複雑で部品点数が多く、実用的であるとはいえない。
特開２００７−１７７８６４号公報 特開２００５−２０１２８７号公報
本発明は、上記のような背景技術に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、簡単な構造で、構造物の振動の周期の長短に依存することなく、小振幅から大振幅まで振動エネルギーの吸収を効率的に行うことができ、高い実用性、汎用性を得ることができる振動減衰装置を提供することにある。
本発明の振動減衰装置は、構造物の振動を抑制する振動減衰装置であって、前記構造物に直接的にまたは間接的に固定され互いに対向した状態で相対的に往復摺動可能に設けられる少なくとも一対の摺動体を有する摺動体機構と、前記摺動体機構を、相対的に往復摺動する摺動体同士が互いに押し付けられる方向に付勢し、前記一対の摺動体の相対的な摺動による変位量の増加にともなって増加する前記方向の圧縮力を前記摺動体機構に作用させる付勢手段と、を備え、前記摺動体機構を構成する各摺動体は、摺動する相手方の摺動体に対する相対的な往復摺動の範囲における中立の位置からの、往復摺動する方向のうちの一方の方向への変位量の増加にともなって、前記摺動体機構の、前記摺動体同士が対向する方向の寸法を増大させるような形状を有する第１の摺動面と、摺動する相手方の摺動体に対する前記中立の位置からの、往復摺動する方向のうちの他方の方向への変位量の増加にともなって、前記摺動体機構の前記対向する方向の寸法を増大させるような形状を有する第２の摺動面と、を有し、前記各摺動体において、前記第１の摺動面と前記第２の摺動面とは、前記相対的な往復摺動の方向について共通の位置に存在するものである。
また、本発明の振動減衰装置においては、好ましくは、前記摺動体同士のうち一方の摺動体は、摺動する相手方の摺動体に対向する側の端部に、前記相対的な往復摺動の方向に沿うとともに前記対向する側に開口し、前記相対的な往復摺動の方向視で凹形状となる溝部を有し、前記摺動体同士のうち他方の摺動体は、前記対向する側の端部に、前記相対的な往復摺動の方向に沿うとともに前記対向する側に突出し、前記相対的な往復摺動の方向視で凸形状となる突部を有し、前記摺動体同士は、前記溝部の開口側の端面および前記突部の基端面を、前記第１の摺動面および前記第２の摺動面のいずれか一方の摺動面とし、前記溝部の底面および前記突部の突出側の端面を、前記第１の摺動面および前記第２の摺動面のいずれか他方の摺動面とするものである。
また、本発明の振動減衰装置においては、好ましくは、前記付勢手段は、前記摺動体同士のうち一方の摺動体に直接的にまたは間接的に固定される摺動体側固定部と、前記構造物に直接的にまたは間接的に固定される構造物側固定部と、前記摺動体側固定部および前記構造物側固定部の間に形成され、弾性変形可能な湾曲板状の板ばね部と、を有するものである。
また、本発明の振動減衰装置においては、好ましくは、前記構造物に直接的にまたは間接的に固定され互いに対向した状態で相対的に往復摺動可能に設けられ、互いの摺動面を平面とする少なくとも一対の摺動体を有する平面摺動体機構をさらに備えるものである。
また、本発明の振動減衰装置においては、好ましくは、前記摺動体機構は、前記相対的な往復摺動により伸縮可能に構成され、前記構造物の振動に対する減衰力を、前記相対的な往復摺動による伸縮方向に沿う軸力として作用させるものである。
本発明によれば、簡単な構造で、構造物の振動の周期の長短に依存することなく、小振幅から大振幅まで振動エネルギーの吸収を効率的に行うことができ、高い実用性、汎用性を得ることができる。
本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置の構成を示す斜視図。 本発明の第１実施形態に係る摺動体機構の構成を示す斜視図。 本発明の第１実施形態に係る摺動体機構の構成を示す分解斜視図。 図３におけるＡ−Ａ矢視断面図。 本発明の第１実施形態に係る摺動体機構の構成を示す側面図。 本発明の第１実施形態に係る摺動体機構の一作動状態を示す斜視図。 本発明の第１実施形態に係る摺動体機構の一作動状態を示す斜視図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置の一動作状態での力学モデルを示す図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置の一動作状態での力学モデルを示す図。 本発明の第１実施形態に係る摺動体機構の一作動状態を示す自由体図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置の力学モデルにおける水平力と相対変位との履歴曲線を示す図。（ａ）は摺動面による比較を示す図。（ｂ）は初期圧縮力による比較を示す図。 本発明の第１実施形態に係る板ばねの構成を示す斜視図。 本発明の第１実施形態に係る板ばねの固定状態を示す図。 本発明の第１実施形態に係る板ばねの力学モデルを示す図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置のラーメンにおける配置の一例を示す側面図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置のラーメンにおける配置の一例を示す正面中央断面図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置およびラーメンの変形状態の一例を示す説明図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置およびラーメンの変形状態の一例を示す説明図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置とラーメンとの接続部に作用する力を明示する自由体図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置とラーメンとの接続部に作用する力を明示する自由体図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置を装着したラーメンの水平力と水平変位の履歴曲線を示す図。（ａ）は初期圧縮力による履歴曲線の変化を示す図。（ｂ）は摺動面の勾配による履歴曲線の変化を示す図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置を装着したラーメンの等価粘性減衰定数を示す図。（ａ）はばね定数の比による等価粘性減衰定数の変化を示す図。（ｂ）は初期圧縮力による等価粘性減衰定数の変化を示す図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置の適用例を示す図。 図２３におけるＡ−Ａ矢視断面図。 本発明の第１実施形態に係る振動減衰装置の適用例を示す図。 図２５におけるＢ−Ｂ矢視断面図。 本発明の第２実施形態に係る振動減衰装置の構成を示す平面図。 本発明の第２実施形態に係る振動減衰装置の構成を示す側面図。 図２７におけるＣ−Ｃ断面図。 図２８におけるＤ矢視図。 図２８におけるＥ矢視図。 本発明の第２実施形態に係る振動減衰装置の構成を示す分解斜視図。 本発明の第２実施形態に係る摺動体機構の構成を示す分解斜視図。 本発明の第２実施形態に係る振動減衰装置の適用例を示す正面図。 本発明の第２実施形態に係る振動減衰装置の適用例を示す平面図。 本発明の第２実施形態に係る振動減衰装置の適用例を示す平面図。 本発明の第２実施形態に係る振動減衰装置の適用例を示す側面図。 本発明の第２実施形態に係る振動減衰装置の適用例を示す図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置の構成を示す斜視図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置の構成を示す一部分解斜視図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置の断面構造を示す図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置が備える摺動機構の構成を示す斜視図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置が備える付勢機構の構成を示す図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置が備える凹凸摺動体機構の構成を示す斜視図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置が備える凹凸摺動体機構の構成を示す斜視図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置が備える平面摺動体機構の構成を示す斜視図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置が備える平面摺動体機構の構成を示す斜視図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置が備える板ばねの構成を示す斜視図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置が備える摺動機構の構成を示す側面図。 図４９におけるＭ−Ｍ断面図。 本発明の第３実施形態に係る振動減衰装置が備える板ばねの形状と力学モデルを示す図。 本発明の実施例に係る摩擦実験装置の構成を示す図である。 本発明の実施例に係る振動減衰装置の水平変位と高さの変化との関係を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置の水平力と相対変位の履歴曲線を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置の鉛直力と鉛直変位との関係を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置の実験装置の構成を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置の水平力と水平変位の履歴曲線の計算値と実験値との比較を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置を装着したラーメンの実験装置の構成を示す図。 本発明の実施例に係るラーメン単体の水平力と水平変位の履歴曲線を示す図。 本発明の実施例に係るラーメン単体の水平変位と鉛直変位の関係の計算値と実験値の比較を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置を装着したラーメンの水平力と水平変位の履歴曲線を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置の諸元についての表を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置の平面摺動体機構の運動抵抗力と摺動変位の履歴曲線を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置の凹凸摺動体機構の運動抵抗力と摺動変位の履歴曲線を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置の凹凸摺動体機構の摺動変位と高さとの関係を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置のリングの高さと圧縮力との関係を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置による履歴曲線と理論曲線との比較を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置による履歴曲線と理論曲線との比較を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置による履歴曲線と理論曲線との比較を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置における温度計測位置と材質を示す図。 本発明の実施例に係る振動減衰装置における摺動回数による温度変化を示す図。
本発明は、構造物のパッシブ振動制御に資する摺動型（摩擦型）の振動減衰装置において、相対的に摺動可能に設けられる少なくとも一対の摺動体の相対的な変位量（摺動量）の増加にともなって減衰力としての摩擦力が増加する力学特性を、簡単な構成により実現しようとするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る振動減衰装置（以下単に「減衰装置」という。）１は、構造物に対して設置されることで、その構造物の振動を抑制するものであり、凹型摺動体３および凸型摺動体４を有する摺動体機構２と、複数（本実施形態では８個）の板ばね５と、支持はり６とを備える。本実施形態の減衰装置１は、摺動型の減衰装置であり、凹型摺動体３と凸型摺動体４とが相対的に摺動することによって生じる摩擦力を減衰力とし、その摩擦力が摺動体同士の相対的な変位の絶対値に比例して増加する構成を備える。
本実施形態において、摺動体機構２を構成する凹型摺動体３および凸型摺動体４は、互いに対向した状態で相対的に往復摺動可能に設けられる一対の摺動体である。凹型摺動体３および凸型摺動体４は、例えばステンレス鋼等の金属により構成される。ただし、凹型摺動体３および凸型摺動体４について減衰装置１を構成する部材として十分な強度が得られれば、凹型摺動体３および凸型摺動体４を構成する材料は、例えばプラスチック等の高分子材料等であってもよく、特に限定されない。
図１に示すように、凹型摺動体３および凸型摺動体４により構成される摺動体機構２は、全体として略矩形厚板状の外形を有する。凹型摺動体３および凸型摺動体４は、それぞれ略四角柱状または矩形の厚板状の部材であり、長手方向を相手方の摺動体に対する相対的な摺動方向としながら互いの一側の面部同士を対向させた状態で相対的に摺動可能に設けられる。凹型摺動体３および凸型摺動体４は、長手方向および摺動体機構２の板厚方向それぞれについて同じ寸法を有する。
本実施形態の減衰装置１では、摺動体機構２において凹型摺動体３が設けられる側を下とし、その反対側となる凸型摺動体４が設けられる側を上とする。したがって、本実施形態では、凹型摺動体３および凸型摺動体４は、互いに上下方向に対向した状態で摺動可能に設けられる。
凹型摺動体３および凸型摺動体４は、それぞれ、減衰装置１により振動を抑制する対象となる構造物（以下単に「構造物」という。）に直接的にまたは間接的に固定される。本実施形態では、凹型摺動体３は、減衰装置１の下側に位置する壁等の構造物に対して直接的に固定される。凹型摺動体３の構造物に対する固定には、図１に示すように、凹型摺動体３の下端部に設けられる固定用の孔部３ａが用いられる。孔部３ａは、ボルト等の固定具を凹型摺動体３に対して摺動体機構２の板厚方向に挿入させるためのものであり、凹型摺動体３の下端部において凹型摺動体３の長手方向に沿って所定の間隔を隔てて複数設けられる。
また、本実施形態では、凸型摺動体４は、減衰装置１の上側に位置する壁等の構造物に対して、複数の板ばね５および支持はり６を介して間接的に固定される。凸型摺動体４の上側には、複数の板ばね５を介して支持はり６が固定される。支持はり６は、凹型摺動体３および凸型摺動体４に対して、長手方向の寸法および摺動体機構２の板厚方向の寸法それぞれについて略同じ寸法を有する略四角柱状の部材であり、凸型摺動体４の上側において、凸型摺動体４と略平行に凸型摺動体４に対して所定の間隔を隔てた状態で複数の板ばね５により支持される。
このように複数の板ばね５を介して凸型摺動体４の上側に設けられる支持はり６が、構造物に固定される。支持はり６の構造物に対する固定には、図１に示すように、支持はり６の上端部に設けられる固定用の孔部６ａが用いられる。孔部６ａは、ボルト等の固定具を支持はり６に対して摺動体機構２の板厚方向に挿入させるためのものであり、支持はり６の上端部において支持はり６の長手方向に沿って所定の間隔を隔てて複数設けられる。なお、支持はり６は、凹型摺動体３および凸型摺動体４と同様に、例えばステンレス鋼等の金属材料により構成される。
板ばね５は、構造物に直接的に固定される支持はり６と、凸型摺動体４との間に設けられた状態で、摺動体機構２を上側から下向きに付勢する。つまり、板ばね５は、減衰装置１が構造物に設置された状態において、相対的に往復摺動する凹型摺動体３および凸型摺動体４同士が互いに対向する方向に押し付けられる方向（以下「摺動体押圧方向」という。）の付勢力を、摺動体機構２に作用させる。このように、本実施形態の減衰装置１においては、板ばね５が、摺動体機構２を、摺動体押圧方向に付勢する付勢手段として機能する。
以上のような構成を備える減衰装置１は、摺動体機構２を構成する凹型摺動体３および凸型摺動体４の相対的な摺動により、板ばね５の付勢力に抗して摺動体機構２の高さ（上下方向の寸法、以下同じ。）を変化させることで、板ばね５からの摺動体押圧方向の付勢力を受ける。そして、減衰装置１は、凹型摺動体３および凸型摺動体４の相対的な摺動による変位量（以下「摺動体変位量」という。）の増加にともなって、摺動体機構２の高さを増大させることで、板ばね５から受ける摺動体押圧方向の付勢力を増加させる。
これにより、減衰装置１は、減衰力として作用する凹型摺動体３および凸型摺動体４の間で生じる摩擦力が摺動体変位量の増加にともなって比例的に増加するように構成される。ここで、摺動体変位量の変化にともなう摺動体機構２の高さの変化は、凸型摺動体４の上方に支持はり６を支持する板ばね５の弾性変形による伸縮、および凸型摺動体４と支持はり６との間の隙間により許容される。以下、本実施形態の減衰装置１の具体的な構成について説明する。
まず、凹型摺動体３および凸型摺動体４により構成される摺動体機構２の構造について、図２〜７を用いて説明する。なお、以下の説明では、便宜上、凸型摺動体４が凹型摺動体３に対して往復摺動する方向を作動方向とし、その作動方向のうち一方の方向を前方とし、他方の方向を後方とする。
凹型摺動体３および凸型摺動体４は、相対的に往復摺動可能な範囲において中立の位置を有し、この中立の位置からの相対的な摺動による変位量が、摺動体変位量に相当する。つまり、凸型摺動体４は、中立の位置を基準（変位量＝０）として、凹型摺動体３に対して前方および後方に摺動することで往復摺動し、摺動体変位量を変化させる。
凹型摺動体３および凸型摺動体４は、それぞれ、摺動面として、相対的な摺動方向について傾きが互いに逆となる斜面として形成される２種類の摺動面を有し、互いの摺動面同士が対向し、かつ接触可能な状態で組み立てられる。また、凹型摺動体３および凸型摺動体４は、凸型摺動体４が中立の位置よりも前方に位置する状態では、２種類の摺動面のうち一方の種類の摺動面のみが接触し、凸型摺動体４が中立の位置よりも後方に位置する状態では、２種類の摺動面のうち他方の種類の摺動面のみが接触するように構成される。
そして、凸型摺動体４が中立の位置よりも前方に位置する状態で互いに接触する摺動面は、凸型摺動体４の中立の位置からの前方への摺動による変位にともなって凸型摺動体４を上昇させるように、前方へ向けて上り勾配を有する斜面として形成される。また、凸型摺動体４が中立の位置よりも後方に位置する状態で互いに接触する摺動面は、凸型摺動体４の中立の位置からの後方への摺動による変位にともなって凸型摺動体４を上昇させるように、後方へ向けて上り勾配を有する斜面として形成される。
凹型摺動体３および凸型摺動体４が組み立てられることで構成される摺動体機構２は、各摺動体が有する摺動面の傾きにより、摺動体変位量の絶対値に比例して高さを増大させる。凸型摺動体４に固定されるとともに支持はり６を介して構造物に固定される板ばね５は、摺動体変位量の増加にともなう摺動体機構２の高さの増大を利用して、凹型摺動体３および凸型摺動体４により構成される摺動体機構２に上側から圧縮力を作用させる。減衰装置１は、この摺動体機構２の高さの増大にともなって摺動体機構２に作用する圧縮力を利用して、摺動体変位量の絶対値に比例して増加する特性を持つ摩擦力を、凹型摺動体３および凸型摺動体４の摺動面に発生させる。
図２〜７に示すように、摺動体機構２は、凹型摺動体３および凸型摺動体４が互いに対向する側の部分に凹凸形状部分を有し、この凹凸形状部分によって凹型摺動体３および凸型摺動体４を摺動可能に嵌合させる。摺動体機構２は、凹凸形状部分として、凹型摺動体３側に形成される溝部１１と、凸型摺動体４側に形成される突部１２とを有する。
すなわち、本実施形態の減衰装置１においては、相対的に往復摺動する凹型摺動体３および凸型摺動体４同士のうち一方の摺動体である凹型摺動体３は、摺動する相手方の摺動体である凸型摺動体４に対向する側（上側）の端部に溝部１１を有する。溝部１１は、凸型摺動体４に対する相対的な往復摺動の方向（作動方向）に沿うととともに上側に開口し、作動方向視で凹形状となる。
溝部１１は、凹型摺動体３の上側の部分において板状の空間を形成する溝を上向きに開口させる部分である。したがって、凹型摺動体３の上側の端部には、溝部１１の開口側の端面である２箇所の溝端面１１ａと、溝部１１の底面である溝底面１１ｂとが形成される。２つの溝端面１１ａは、溝部１１において溝が窪む面であり、同一面上に位置するように形成される。また、２つの溝端面１１ａと、溝底面１１ｂとの間には、摺動体機構２の板厚方向（図４における左右方向、以下「幅方向」という。）に互いに対向する内側側面１１ｃが形成される。互いに対向する内側側面１１ｃは、互いに略平行に形成される。
溝部１１においては、幅方向について２つの溝端面１１ａの間であって、かつ溝端面１１ａよりも下側に、溝底面１１ｂが形成される。また、溝部１１は、凹型摺動体３の長手方向の全体にわたって形成される。したがって、溝部１１は、凹型摺動体３の上端部において、２つの溝端面１１ａと１つの溝底面１１ｂと２つの内側側面１１ｃとを含む面部により、凹型摺動体３の長手方向視で凹型となる部分を形成する（図３参照）。
また、本実施形態の減衰装置１においては、相対的に往復摺動する凹型摺動体３および凸型摺動体４同士のうち他方の摺動体である凸型摺動体４は、摺動する相手方の摺動体である凹型摺動体３に対向する側（下側）の端部に突部１２を有する。突部１２は、作動方向に沿うとともに下側に突出し、作動方向視で凸形状となる。
突部１２は、凸型摺動体４の下端の部分において板状の突起を下向きに突出させる部分である。したがって、凸型摺動体４の下側の端部には、突部１２の基端面である２箇所の肩面１２ａと、突部１２の突出側の端面である突部端面１２ｂとが形成される。２つの肩面１２ａは、突部１２において板状の突起が突出する面であり、同一面上に位置するように形成される。また、２つの肩面１２ａと、突部端面１２ｂとの間には、幅方向（図４における左右方向）に互いに反対側を向く外側側面１２ｃが形成される。互いに反対側を向く外側側面１２ｃは、互いに略平行に形成される。
突部１２においては、幅方向について２つの肩面１２ａの間であって、かつ肩面１２ａよりも下側に、突部端面１２ｂが形成される。また、突部１２は、凸型摺動体４の長手方向の全体にわたって形成される。したがって、突部１２は、凸型摺動体４の下端部において、２つの肩面１２ａと１つの突部端面１２ｂと２つの外側側面１２ｃとを含む面部により、凸型摺動体４の長手方向視で凸型となる部分を形成する（図３参照）。
また、互いに摺動可能な状態で嵌合する溝部１１および突部１２は、溝部１１の溝の幅の寸法（幅方向の寸法）と、突部１２の突起の幅の寸法（幅方向の寸法）とが略同じとなるように形成される。つまり、溝部１１を形成する内側側面１１ｃ間の寸法と、突部１２を形成する外側側面１２ｃ間の寸法とが略同じとされる。
以上のように凹型摺動体３と凸型摺動体４とが溝部１１および突部１２によって互いに摺動可能に嵌合する構成において、凹型摺動体３の溝部１１を形成する部分の面が、凹型摺動体３の凸型摺動体４に対する摺動面として用いられ、凸型摺動体４の突部１２を形成する部分の面が、凸型摺動体４の凹型摺動体３に対する摺動面として用いられる。そして、凹型摺動体３および凸型摺動体４は、それぞれ、上述したように２種類の摺動面を有する。
凹型摺動体３および凸型摺動体４の各摺動体が有する２種類の摺動面のうち一方の種類の摺動面は、凸型摺動体４が凹型摺動体３に対して中立の位置よりも前方に位置する状態で互いに接触する。また、同じく２種類の摺動面のうち一方の種類の摺動面は、凸型摺動体４の中立の位置からの前方への摺動による変位にともなって凸型摺動体４を上昇させるように、前方へ向けて上り勾配を有する斜面である。
また、凹型摺動体３および凸型摺動体４の各摺動体が有する２種類の摺動面のうち他方の種類の摺動面は、凸型摺動体４が凹型摺動体３に対して中立の位置よりも後方に位置する状態で互いに接触する。また、同じく２種類の摺動面のうち他方の種類の摺動面は、凸型摺動体４の中立の位置からの後方への摺動による変位にともなって凸型摺動体４を上昇させるように、後方へ向けて上り勾配を有する斜面である。
以下では、前者の摺動面（前記一方の種類の摺動面）を「前方用摺動面」とし、後者の摺動面（前記他方の種類の摺動面）を「後方用摺動面」とする。また、本実施形態の減衰装置１においては、図２および図５の各図において矢印Ａ１で示す方向（図２における右奥方向、図５における右方向）が前方であり、同じく各図において矢印Ａ２で示す方向（図２における左手前方向、図５における左方向）が後方である。
図２〜７に示すように、本実施形態では、凹型摺動体３においては、溝部１１を形成する溝端面１１ａが、前方用摺動面として用いられる。また、同じく凹型摺動体３においては、溝部１１を形成する溝底面１１ｂが、後方用摺動面として用いられる。したがって、前方用摺動面としての溝端面１１ａは、上側を向くとともに、凹型摺動体３の長手方向の全体にわたって前方に向けて上る斜面として形成される。また、後方用摺動面としての溝底面１１ｂは、上側を向くとともに、凹型摺動体３の長手方向の全体にわたって後方に向けて上る斜面として形成される。
凸型摺動体４においては、突部１２を形成する肩面１２ａが、前方用摺動面として用いられる。また、同じく凸型摺動体４においては、突部１２を形成する突部端面１２ｂが、後方用摺動面として用いられる。したがって、前方用摺動面としての肩面１２ａは、下側を向くとともに、凸型摺動体４の長手方向の全体にわたって前方に向けて上る斜面として形成される。また、後方用摺動面としての突部端面１２ｂは、下側を向くとともに、凸型摺動体４の長手方向の全体にわたって後方に向けて上る斜面として形成される。このように、凹型摺動体３および凸型摺動体４は、それぞれ２面の前方用摺動面と、１面の後方用摺動面とを有する。
以上のように、本実施形態では、凹型摺動体３および凸型摺動体４同士は、溝部１１の溝端面１１ａおよび突部１２の肩面１２ａを前方用摺動面とし、溝部１１の溝底面１１ｂおよび突部１２の突部端面１２ｂを後方用摺動面とする。なお、本実施形態では、前方用摺動面である溝端面１１ａおよび肩面１２ａと、後方用摺動面である溝底面１１ｂおよび突部端面１２ｂとの勾配（傾き）は互いに等しい。
また、摺動体機構２においては、図２および図５に示すように、上記のとおり長手方向について同じ寸法を有する凹型摺動体３と凸型摺動体４との長手方向の両端が揃った状態が、凸型摺動体４が凹型摺動体３に対して中立の位置にある状態（以下「中立状態」という。）に対応する。そして、中立状態からの凸型摺動体４の前方への移動過程、および中立状態からの凸型摺動体４の後方への移動過程のそれぞれの過程において、前方用摺動面および後方用摺動面それぞれの勾配により、摺動体変位量の増加にともなって摺動体機構２の高さが比例的に増大する。
したがって、中立状態からの凸型摺動体４の前方移動時には、凹型摺動体３および凸型摺動体４の前方用摺動面同士のみ、つまり溝端面１１ａおよび肩面１２ａ同士のみが接触する。また、中立状態からの凸型摺動体４の後方移動時には、凹型摺動体３および凸型摺動体４の後方用摺動面同士のみ、つまり溝底面１１ｂおよび突部端面１２ｂ同士のみが接触する。そして、中立状態においては、凹型摺動体３および凸型摺動体４の前方用摺動面同士、および後方用摺動面同士のいずれもが接触した状態となる。このように、前方用摺動面としての溝端面１１ａおよび肩面１２ａは、凸型摺動体４が凹型摺動体３に対して中立の位置よりも前方に位置する状態で摺動面として機能する前方専用の摺動面である。また、後方用摺動面としての溝底面１１ｂおよび突部端面１２ｂは、凸型摺動体４が凹型摺動体３に対して中立の位置よりも後方に位置する状態で摺動面として機能する後方専用の摺動面である。
以上のように、摺動体機構２を構成する凹型摺動体３および凸型摺動体４の各摺動体は、前方用摺動面と、後方用摺動面とを有する。本実施形態では、凹型摺動体３および凸型摺動体４のそれぞれが有する前方用摺動面が、摺動する相手方の摺動体に対する相対的な往復摺動の範囲における中立の位置からの前方への変位量の増加にともなって、摺動体機構２の高さを増大させるような形状を有する第１の摺動面として機能する。つまり、本実施形態では、前方用摺動面である、凹型摺動体３の溝端面１１ａ、および凸型摺動体４の肩面１２ａが、それぞれ第１の摺動面として機能する。
また、本実施形態では、凹型摺動体３および凸型摺動体４のそれぞれが有する後方用摺動面が、摺動する相手方の摺動体に対する中立の位置からの後方への変位量の増加にともなって、摺動体機構２の高さを増大させるような形状を有する第２の摺動面として機能する。つまり、本実施形態では、後方用摺動面である、凹型摺動体３の溝底面１１ｂ、および凸型摺動体４の突部端面１２ｂが、それぞれ第２の摺動面として機能する。
ただし、本実施形態において、第１の摺動面についての摺動体機構２の高さを増大させる移動方向（作動方向のうちの一方の方向）が後方である場合、第２の摺動面についての摺動体機構２の高さを増大させる移動方向（作動方向のうちの他方の方向）が前方となる。この場合、後方用摺動面が第１の摺動面として機能し、前方用摺動面が第２の摺動面として機能する。つまり、第１の摺動面と第２の摺動面とは、摺動体機構２の高さを増大させる中立の位置からの摺動体の移動方向が作動方向について互いに異なる摺動面にそれぞれ対応する。
したがって、凹型摺動体３および凸型摺動体４それぞれにおいて前方用摺動面および後方用摺動面が形成される構成においては、前方用摺動面である溝端面１１ａおよび肩面１２ａと、後方用摺動面である溝底面１１ｂおよび突部端面１２ｂとの傾斜が図示の場合と逆になることで、溝底面１１ｂおよび突部端面１２ｂが前方用摺動面となり、溝端面１１ａおよび肩面１２ａが後方用摺動面となる。すなわち、凹型摺動体３および凸型摺動体４同士は、溝端面１１ａおよび肩面１２ａを、前方用摺動面および後方用摺動面のいずれか一方の摺動面とし、溝底面１１ｂおよび突部端面１２ｂを、前方用摺動面および後方用摺動面のいずれか他方の摺動面とするように形成される。
そして、凹型摺動体３および凸型摺動体４がそれぞれ有する前方用摺動面と後方用摺動面とは、作動方向について共通の位置に存在する。すなわち、凹型摺動体３においては、前方用摺動面である溝端面１１ａと、後方用摺動面である溝底面１１ｂとが、作動方向について共通の位置に存在し、凸型摺動体４においては、前方用摺動面である肩面１２ａと、後方摺動面である突部端面１２ｂとが、作動方向について共通の位置に存在する。
ここで、作動方向について共通の位置に存在するとは、作動方向について同じ位置に設けられるということである。具体的には、例えば凹型摺動体３の場合、前方用摺動面である溝端面１１ａと、後方用摺動面である溝底面１１ｂとが、溝部１１が開口する側（上側）からの平面視（上面視）で、幅方向に重なるように設けられる。言い換えると、凹型摺動体３において、いずれも上側を向きながら作動方向に沿って設けられる溝端面１１ａと溝底面１１ｂとが、平面視において、幅方向に並ぶ態様で設けられる。
より詳細には、本実施形態では、凹型摺動体３および凸型摺動体４がそれぞれ有する前方用摺動面と後方用摺動面とは、いずれも凹型摺動体３または凸型摺動体４の長手方向の全体にわたって形成される。このため、凹型摺動体３および凸型摺動体４の各摺動体において、前方用摺動面と後方用摺動面とは、作動方向についての両端の位置を一致させる。例えば、凹型摺動体３の場合、前方用摺動面である溝端面１１ａと後方用摺動面である溝底面１１ｂとの作動方向についての両端の位置がそれぞれ一致する。
つまり、本実施形態では、凹型摺動体３および凸型摺動体４の各摺動体において、前方用摺動面と後方用摺動面との作動方向の位置が一致する。したがって、上記のとおり凹型摺動体３と凸型摺動体４とが長手方向について同じ寸法を有する構成においては、中立状態では、摺動体機構２が有する全ての摺動面、つまり溝端面１１ａ、溝底面１１ｂ、肩面１２ａ、および突部端面１２ｂが、作動方向について共通の位置に存在することとなる。
ただし、凹型摺動体３および凸型摺動体４の各摺動体が有する前方用摺動面と後方用摺動面とに関し、作動方向について共通の位置に存在することは、本実施形態のように作動方向の位置が一致する場合に限定されない。つまり、作動方向について共通の位置に存在することには、各摺動体が有する前方用摺動面と後方用摺動面との少なくとも一部が作動方向について共通の位置に存在することが含まれる。言い換えると、各摺動体が有する前方用摺動面と後方用摺動面とは、凹型摺動体３については上面視で、凸型摺動体４については下面視で、少なくとも一部が幅方向に重なるように設けられればよい。
また、減衰装置１において摺動体機構２を構成する凹型摺動体３および凸型摺動体４の材料について、一方の摺動体は、硬質材からなり、他方の摺動体は、軟質材からなることが好ましい。ここで、凹型摺動体３または凸型摺動体４を構成する硬質材としては、ステンレス鋼が挙げられる。また、凹型摺動体３または凸型摺動体４を構成する軟質材としては、青銅等が挙げられる。
したがって、例えば、相対的に往復摺動する凹型摺動体３および凸型摺動体４同士のうち一方の摺動体である凹型摺動体３がステンレス鋼を材料として構成される場合、同じく摺動体同士のうち他方の摺動体である凸型摺動体４は、ステンレス鋼よりも軟質な青銅を材料として構成される。
このように、凹型摺動体３および凸型摺動体４の各摺動体の材料が選択されることにより、各摺動体が有する摺動面における動摩擦係数の安定性を向上させることができ、また、摺動面同士の摩擦による焼き付きを防止できる観点等から耐久性を向上させることができる。また、摺動面の耐久性を向上させるために、固体潤滑材などを含有した摺動体、または摺動面が固体潤滑材などを含む材料により形成された摺動体を用いることも可能である。
以上のような構成を備える減衰装置１においては、次のような作用が得られる。図６は、凸型摺動体４が凹型摺動体３に対して中立の位置よりも前方に位置する状態（前方移動時の状態）を示す。ここでは、凸型摺動体４の中立の位置からの前方への変位量（摺動体変位量）をｕｄとする。図６に示す前方移動時の状態では、前方用摺動面である凹型摺動体３の溝端面１１ａおよび凸型摺動体４の肩面１２ａ同士が接触し、後方用摺動面である凹型摺動体３の溝底面１１ｂおよび凸型摺動体４の突部端面１２ｂ同士は接触しない。
図７は、凸型摺動体４が凹型摺動体３に対して中立の位置よりも後方に位置する状態（後方移動時の状態）を示す。ここでは、凸型摺動体４の中立の位置からの後方への変位量（摺動体変位量）を前方移動時の場合と同様にｕｄとする。図７に示す後方移動時の状態では、後方用摺動面である凹型摺動体３の溝底面１１ｂおよび凸型摺動体４の突部端面１２ｂ同士が接触し、前方用摺動面である凹型摺動体３の溝端面１１ａおよび凸型摺動体４の肩面１２ａ同士は接触しない。
図２に示すように、摺動体機構２の中立状態での摺動体機構２の高さをｈｄとした場合、図６および図７に示すように、凹型摺動体３および凸型摺動体４に変位量ｕｄの相対変位が生じると、摺動体機構２の高さはｈｄ＋ｖｄに変化する。ここで、ｖｄは、凹型摺動体３および凸型摺動体４の変位量ｕｄの相対変位によって生じる摺動体機構２の高さの変化量であり、次式（１）で表わされる。
ｖｄ＝ｉ｜ｕｄ｜ ・・・（１）
ここで、ｉは、上記のとおり互いに等しい前方用摺動面および後方用摺動面の各摺動面の勾配（傾き）である。また、式（１）のｕｄについては、前方移動時の場合は正の値とし、後方移動時の場合は負の値とする。
式（１）に表わされるように、摺動体機構２の高さの変化量ｖｄは、凹型摺動体３および凸型摺動体４の相対的な変位量ｕｄの値（絶対値）に比例する。減衰装置１は、このように摺動体変位量に比例して摺動体機構２の高さが増大するという特性を利用して、摺動体変位量に比例して増加する摺動体押圧方向の圧縮力を発生させる。つまり、減衰装置１において、摺動体変位量に比例して摺動体機構２の高さが増大することで、凸型摺動体４から板ばね５による摺動体押圧方向の付勢力に抗する力が作用し、その反力として、摺動体機構２に摺動体押圧方向の圧縮力が作用する。
また、減衰装置１においては、凹型摺動体３および凸型摺動体４が、溝部１１と突部１２とにより互いに嵌合するとともに、上述のとおり溝部１１の溝の幅の寸法と、突部１２の突起の幅の寸法とが略同じとなるように形成される。このような構成により、溝部１１と突部１２とが互いに嵌合した状態で溝部１１と突部１２との間に生じる幅方向の隙間が極力排除され、凹型摺動体３および凸型摺動体４は、幅方向にガタつくことなく摺動する。
また、凸型摺動体４の前方移動時と後方移動時とにかかわらず、相対的に摺動する凹型摺動体３および凸型摺動体４において、作動方向と直角な横断方向（幅方向）の偏心が発生することがなく、しかも互いの摺動面は、各摺動体のほぼ全長ｌｄ（図２参照）で接触することができる。なお、図３において、ｂＦとｂＢは、それぞれ前方用摺動面である溝端面１１ａおよび肩面１２ａと、後方用摺動面である溝底面１１ｂおよび突部端面１２ｂの幅である。
以上のような構成を備える本実施形態の減衰装置１について、静的力学モデルを用いて力学的に解析する。図８および図９は、凹型摺動体３、凸型摺動体４、板ばね５、および支持はり６を備える減衰装置１の力学モデルを示す。
図８および図９に示すように、この力学モデルでは、凹型摺動体３は、構造物に相当する下側壁７上に固定される。凹型摺動体３の上には、凸型摺動体４が組み付けられ、凸型摺動体４の上側に、板ばね５と支持はり６が設置される。また、支持はり６は、ローラ９を介して、構造物に相当する上側壁８に固定される。つまり、ローラ９は、支持はり６と上側壁８の間に設置される。ローラ９は、支持はり６を上側壁８に対して水平方向（ｘ軸方向）に可動となるように、かつ鉛直方向（ｙ軸方向、上下方向）に固定となるように支持する。
なお、この力学モデルでは、減衰装置１の力学特性を説明するためにローラ９が備えられるが、減衰装置１においてローラ９は備えられる必要はない。また、この力学モデルでは、下側壁７と上側壁８との鉛直方向の間隔は一定であり、下側壁７および上側壁８は水平方向および鉛直方向に動かない。また、この力学モデルでは、減衰装置１において生じる弾性変形としては、板ばね５の弾性変形のみが考慮され、凹型摺動体３、凸型摺動体４、および支持はり６の弾性変形は無視される。また、この力学モデルでは、中立状態を基準（変位量＝０）とし、この中立状態からの凸型摺動体４の前方への変位量を正の値とし、中立状態からの凸型摺動体４の後方への変位量を負の値とする。また、凹型摺動体３および凸型摺動体４が中立状態のときの板ばね５と支持はり６との合計高さをｈｓとする。
図８は、支持はり６にｘ軸方向の水平力Ｈが作用することによる、凸型摺動体４の前方移動時の状態を示す。前方移動時では、減衰装置１において、摺動体変位量として、正の変位量ｕｄ＞０が生じている。また、前方移動時では、前方用摺動面である凹型摺動体３の溝端面１１ａおよび凸型摺動体４の肩面１２ａ同士のみが接触する。
図９は、支持はり６に図８の場合と反対方向（−ｘ軸方向）の水平力Ｈが作用することによる、凸型摺動体４の後方移動時の状態を示す。後方移動時では、減衰装置１において、摺動体変位量として、負の変位量ｕｄ＜０が生じている。また、後方移動時では、後方用摺動面である凹型摺動体３の溝底面１１ｂおよび凸型摺動体４の突部端面１２ｂ同士のみが接触する。
図８および図９に示すように、凸型摺動体４の前方移動時と後方移動時とにかかわらず、摺動体間に変位量ｕｄの相対変位が生じると、摺動体機構２の高さはｖｄだけ増大し、板ばね５および支持はり６の合計高さはｖｄだけ減少する。摺動体機構２については増大、板ばね５および支持はり６の合計高さについては減少する高さの変化量ｖｄは、板ばね５の縮みに等しい。このように、減衰装置１においては、摺動体同士の相対変位による摺動体機構２の高さの変化は、板ばね５の伸縮をともなって、凸型摺動体４と支持はり６との隙間によって確保される。
摺動体機構２の高さの変化量ｖｄと摺動体変位量ｕｄとの関係は、式（１）で示される。このため、摺動体機構２には、摺動体変位量の絶対値に比例して増加する圧縮力が作用する。
図８および図９に示すように、支持はり６に水平力Ｈが作用すると、板ばね５においては水平方向の変形が生じる。ここで、減衰装置１としての機能を考えた場合、摺動体機構２を構成する摺動体同士の相対変位で成される仕事と、水平力Ｈが成す仕事との差が小さくなるほど、減衰装置１による減衰効率が良い。このため、支持はり６に水平力が作用することによる板ばね５の水平方向の弾性変形は、摺動体変位量に比べて小さい方が望ましい。
図１０は、図８に示す凸型摺動体４の前方移動時（ｕｄ＞０）において、凸型摺動体４の凹型摺動体３に対する相対速度（ｄｕｄ／ｄｔ）が正となる前進時（（ｄｕｄ／ｄｔ）＞０）の摺動体機構２の自由体図である。
図１０において、Ｖは、板ばね５による圧縮力、Ｖ０は、凸型摺動体４、板ばね５、および支持はり６の自重等の初期圧縮力、Ｈは、図８に示すように支持はり６に作用する水平力、Ｐは、凹型摺動体３および凸型摺動体４の摺動面（前方用摺動面）に垂直に作用する垂直効力、Ｆは、凹型摺動体３および凸型摺動体４の摺動面に平行に作用するクーロン摩擦力である。なお、ローラ９の摩擦は無視する。
凹型摺動体３および凸型摺動体４それぞれの前方用摺動面（溝端面１１ａ、肩面１２ａ）の動摩擦係数をμＦとすると、摩擦力Ｆと垂直効力Ｐとの関係は次式（２）により表わされる。
Ｆ＝μＦＰ ・・・（２）
また、板ばね５の鉛直ばね定数をＳｙとすると、圧縮力Ｖは次式（３）により表わされる。
Ｖ＝Ｓｙｖｄ ・・・（３）
式（３）に式（１）の関係を用いると次式（４）が得られる。
Ｖ＝Ｓｙｉ｜ｕｄ｜ ・・・（４）
図１０に示す凸型摺動体４のｘ軸方向とｙ軸方向の力のつり合い式はそれぞれ次式（５）、（６）となる。
Ｈ−Ｆｃｏｓθ−Ｐｓｉｎθ＝０ ・・・（５）
−Ｖ−Ｖ０−Ｆｓｉｎθ＋Ｐｃｏｓθ＝０ ・・・（６）
ここで、θは、前方用摺動面の水平方向（ｘ軸方向）に対する角度である。
式（２）、（４）、（５）、および（６）より、垂直効力Ｐ、摩擦力Ｆ、および圧縮力Ｖを消去すると、次の水平力Ｈと変位量ｕｄとの関係式として次式（７）が得られる。
Ｈ＝λ（Ｓｙｉ｜ｕｄ｜＋Ｖ０） ・・・（７）
ここで、λは、前方用摺動面の動摩擦係数と勾配によって次式（８）により決まる運動抵抗係数である。
λ＝（μＦ＋ｉ）（１−ｉμＦ）−１，ｕｄ＞０，（ｄｕｄ／ｄｔ）＞０ ・・・（８）
同様にして、前方移動時・後進時（ｕｄ＞０，（ｄｕｄ／ｄｔ）＜０）、後方移動時・後進時（ｕｄ＜０，（ｄｕｄ／ｄｔ）＜０）、および後方移動時・前進時（ｕｄ＜０，（ｄｕｄ／ｄｔ）＞０）のそれぞれの水平力Ｈと変位量ｕｄとの関係も式（７）で示される。ただし、それぞれの場合に対応する運動抵抗係数は、次式（９）、（１０）、および（１１）とする。
λ＝−（μＦ−ｉ）（１＋ｉμＦ）−１，ｕｄ＞０，（ｄｕｄ／ｄｔ）＜０ ・・・（９）
λ＝（μＢ−ｉ）（１＋ｉμＢ）−１，ｕｄ＜０，（ｄｕｄ／ｄｔ）＞０ ・・・（１０）
λ＝−（μＢ＋ｉ）（１−ｉμＢ）−１，ｕｄ＜０，（ｄｕｄ／ｄｔ）＜０ ・・・（１１）
ここで、μＢは、凹型摺動体３および凸型摺動体４それぞれの後方用摺動面（溝底面１１ｂ、突部端面１２ｂ）の動摩擦係数である。
減衰装置１の作動振幅をａｄとすると、減衰装置１の板ばね５に縮みａｄを発生させる力は、Ｓｙａｄとなる。式（７）の両辺をＳｙａｄで割ると、次式（１２）が得られる。
Figure 0005286487
図１１は、式（１２）で示される水平力と相対変位との履歴曲線の一例である。図１１（ａ）、（ｂ）それぞれに示すグラフにおいて、横軸は、無次元化した相対変位ｕｄ／ａｄを表し、縦軸は、無次元化した水平力Ｈ／Ｓｙａｄを表す。
図１１（ａ）は、凹型摺動体３および凸型摺動体４のそれぞれが有する摺動面（以下単に「摺動面」ともいう。）の勾配がｉ＝０．０１の場合とｉ＝０．０４の場合の履歴曲線の比較を示す。図１１（ａ）において、実線で示すグラフＧ１が、ｉ＝０．０１の場合の履歴曲線であり、破線で示すグラフＧ２が、ｉ＝０．０４の場合の履歴曲線である。また、図１１（ａ）に示す場合において、無次元化された初期圧縮力Ｖ０／Ｓｙａｄは、０．０１（Ｖ０／Ｓｙａｄ＝０．０１）であり、前方用摺動面および後方用摺動面それぞれの動摩擦係数μＦ、μＢは、いずれも０．２（μＦ＝μＢ＝０．２）である。
図１１（ｂ）は、初期圧縮力がＶ０／Ｓｙａｄ＝０．００５の場合とＶ０／Ｓｙａｄ＝０．０２０の場合の履歴曲線の比較を示す。図１１（ｂ）において、実線で示すグラフＧ３が、Ｖ０／Ｓｙａｄ＝０．００５の場合の履歴曲線であり、破線で示すグラフＧ４が、Ｖ０／Ｓｙａｄ＝０．０２０の場合の履歴曲線である。また、図１１（ｂ）に示す場合において、前方用摺動面および後方用摺動面それぞれの動摩擦係数μＦ、μＢは、いずれも０．２（μＦ＝μＢ＝０．２）であり、摺動面の勾配ｉは、０．０２（ｉ＝０．０２）である。図１１（ａ）、（ｂ）のいずれの条件の履歴曲線も、羽を広げた蝶のような形になると予想される。
図１１（ａ）より、摺動面の勾配ｉが大きくなると、摺動体機構２における前方移動時、後方移動時、前進時、および後進時のいずれかにかかわらず、履歴曲線の傾きが増加し、履歴曲線が囲む面積が大きくなると考えられる。また、図１１（ｂ）より、初期圧縮力が大きくなると、履歴曲線の傾きは変化しないが、履歴曲線の縦軸の切片の大きさが大きくなり、履歴曲線が上下に平行移動することにより、全体として履歴曲線が囲む面積が大きくなると考えられる。
また、図１１（ａ）、（ｂ）の各図において、縦軸は、鉛直ばね定数Ｓｙで無次元化されているので、鉛直ばね定数Ｓｙのみが大きくなると、履歴曲線が囲む面積が大きくなると考えられる。なお、摺動面の動摩擦係数のみが大きくなると、図１１（ａ）および同図（ｂ）の特徴が同時に現れて、履歴曲線が囲む面積が大きくなると考えられる。履歴曲線が囲む面積は、摩擦力によって消費される力学エネルギーを示すものである。このため、摺動面の動摩擦係数、摺動面の勾配、鉛直ばね定数、初期圧縮力を適宜組み合わせることにより、所要のエネルギー吸収能力を持つ減衰装置１が実現できると考えられる。
式（１２）において、初期圧縮力をゼロとし、式（８）〜（１１）において摺動面の勾配ｉを無視すると、減衰装置１が描く履歴曲線は、ＣｌｏｕｇｈとＰｅｎｚｉｅｎが紹介した履歴減衰の曲線（ばね技術研究会：ばね，丸善（株），ｐｐ．２５３−２５６，１９７０．）と等しい。ただし、この履歴減衰の曲線は数学モデルとして紹介されているが、それを発生させる具体的な装置や力学モデルについては言及されていない。
また、図１１と類似の履歴曲線を持つエネルギー吸収装置として、輪ばねが実用化されている。輪ばねは、内周面として円錐面を有する外輪と、外周面として円錐面を有する内輪とを、円錐面で互いに接触するように組み立てて積み上げたものである。かかる構成において、輪ばねの個数を増減することにより、摩擦力の大きさが調整できる。輪ばねによれば、比較的大きな摩擦力を得ることができるため、輪ばねは機械部品の緩衝装置等に用いられている。しかし、輪ばねは構造物の振動を抑制する減衰装置としては利用されていないと思われる。
続いて、減衰装置１の等価粘性減衰係数（等価減衰定数）について説明する。図８および図９に示す力学モデルにおいて、１サイクルで消費される力学エネルギーは、図１１（ａ）、（ｂ）の各図に示す履歴曲線が囲む面積に等しい。ここで、１サイクルは、減衰装置１において、凹型摺動体３を基準とした場合の凸型摺動体４の摺動による１往復に相当する。
減衰装置１については、実用的には、摺動面の動摩擦係数は０．３未満、摺動面の勾配は数％程度と考えられる。したがって、式（８）〜（１１）の各式の分母は、１±μＦ≒１、１±μＢ≒１と考えて良い。前方用摺動面と後方用摺動面の動摩擦係数をμＦ＝μＢ＝μ０とし、ローラ９で支持された減衰装置１の１サイクルの散逸エネルギーをΔｆｒｉとすると、この散逸エネルギーΔｆｒｉは次式（１３）で表わされる。
Δｆｒｉ≒μ０ａｄ（２ｉＳｙａｄ＋４Ｖ０） ・・・（１３）
式（１３）より、減衰装置１が１サイクルで散逸するエネルギーは振幅ａｄの二次関数となるが、振動数とは無関係であると考えられる。一方、粘性減衰係数ｃｅの減衰装置が円振動数θと振幅ａｄで振動する時の１サイクルの散逸エネルギーをΔｖｉｓとすると、この散逸エネルギーΔｖｉｓは次式（１４）で表わされる。
Δｖｉｓ＝πｃｅθａｄ ２ ・・・（１４）
式（１３）と式（１４）の互いの右辺を等値とすると、次式（１５）により表わされる等価粘性減衰係数ｃｅが得られる。
Figure 0005286487
式（１５）のｃｅは、ａｄ→∞で、一定値ｃｅ０＝２μ０ｉＳｙ／πθに漸近する。よって、本実施形態の減衰装置１によれば、振幅ａｄの大小にかかわらずに、最低でもｃｅ０で示される減衰性能を確保することができると考えられる。また、初期圧縮力を小さくすることにより、摺動面が固着する振幅の限界を小さくすることができることから、本実施形態の減衰装置１によれば、小振幅時から大振幅時まで十分な減衰機能を発揮することができる。また、式（１５）は、分母に円振動数θを変数として含むので、θが小さくなる、つまり周期が長くなると、等価粘性減衰係数は増加する。よって、本実施形態の減衰装置１は、長周期の構造物の減衰装置として適している。
次に、本実施形態の減衰装置１において摺動体機構２に摺動体押圧方向の付勢力を作用させる付勢手段として機能する板ばね５について図１２〜１４を用いて具体的に説明する。
板ばね５は、上述のとおり、凸型摺動体４と支持はり６との間に設けられ、凸型摺動体４の上方に支持はり６を支持する（図１参照）。図１２および図１３に示すように、板ばね５は、凸型摺動体４に固定される部分である下側固定部２１と、支持はり６に固定される部分である上側固定部２２と、板ばね５の本体部分である板ばね部２３とを有する。
板ばね５は、一枚の矩形板状の部材から折り曲げ加工等によって形成され、略Ｕ字型の板ばねとして構成される。つまり、板ばね５を構成する下側固定部２１、上側固定部２２、および板ばね部２３等の各部分は、一枚の矩形板状の部材が折り曲げ加工等を受けることによって一体に形成される。板ばね５は、例えばステンレス鋼等の金属材料により構成される。
下側固定部２１は、板ばね５の一端側（下側）に形成される長方形状の平板状の部分である。前記のとおり凸型摺動体４に固定される部分である下側固定部２１は、その一側の板面２１ａが凸型摺動体４の側面４ｂに接触した状態で凸型摺動体４に固定される。このように、本実施形態では、板ばね５において、下側固定部２１が、凸型摺動体４に固定される摺動体側固定部として機能する。なお、摺動体側固定部としての下側固定部２１は、凸型摺動体４に対して他の部材を介して間接的に固定されてもよい。つまり、付勢手段としての板ばね５を構成する摺動体側固定部の摺動体に対する固定には、本実施形態のような下側固定部２１の凸型摺動体４に対する直接的な固定のほか、他の部材を介する間接的な固定が含まれる。
板ばね５は、下側固定部２１の部分において締結具としてのボルト２４によって凸型摺動体４に固定される。このため、下側固定部２１には、ボルト２４を貫通させるためのボルト孔２１ｂが形成されている。つまり、ボルト２４は、ボルト孔２１ｂを貫通するとともに凸型摺動体４に形成される締結穴４ｃにねじ込まれることで、板ばね５を凸型摺動体４に固定する。本実施形態では、ボルト孔２１ｂは、板ばね５の幅の方向（図１２においてｘ軸方向）に沿って略等間隔を隔てて３箇所に形成されている。
上側固定部２２は、板ばね５の他端側（上側）に形成される長方形状の平板状の部分である。前記のとおり支持はり６に固定される部分である上側固定部２２は、その一側の板面２２ａが支持はり６の側面６ｂに接触した状態で支持はり６に固定される。支持はり６は、上述したように構造物に固定される。したがって、上側固定部２２は、構造物に対して支持はり６を介して間接的に固定される。このように、本実施形態では、板ばね５において、上側固定部２２が、構造物に間接的に固定される構造物側固定部として機能する。なお、減衰装置１において支持はり６の構成が省略される場合、構造物側固定部としての上側固定部２２は、構造物に直接的に固定されてもよい。
板ばね５は、上側固定部２２の部分において締結具としてのボルト２５によって支持はり６に固定される。このため、上側固定部２２には、ボルト２５を貫通させるためのボルト孔２２ｂが、下側固定部２１のボルト孔２１ｂと同様に配置により形成されている。ボルト２５は、ボルト孔２２ｂを貫通するとともに支持はり６に形成される締結穴６ｃにねじ込まれることで、板ばね５を支持はり６に固定する。
板ばね部２３は、板ばね５において上下端部に形成される下側固定部２１と上側固定部２２との間に形成される湾曲形状を有する板状部分である。板ばね部２３は、板ばね５が下側固定部２１と上側固定部２２とにより凸型摺動体４および支持はり６それぞれに固定された状態で、凸型摺動体４と支持はり６との間の隙間側と反対側（図１３において左右両外側）に突出する。つまり、板ばね５は、板ばね部２３を凸型摺動体４および支持はり６の側面部から突出させた状態で設けられる。
板ばね部２３は、下側固定部２１の上端から下側固定部２１に対して略直角に折れ曲った平板状の部分である下側平板部２３ａと、上側固定部２２の下端から上側固定部２２に対して略直角に折れ曲った平板状の部分である上側平板部２３ｂと、下側平板部２３ａと上側平板部２３ｂとの間に形成され半円状に湾曲する板状の部分である湾曲部２３ｃとを有する。
このように、板ばね部２３は、下側固定部２１および上側固定部２２の間に形成され、弾性変形可能な湾曲板状の部分である。そして、板ばね部２３は、互いに略平行となる下側平板部２３ａおよび上側平板部２３ｂと、下側平板部２３ａおよび上側平板部２３ｂの一端側同士を接続する部分である湾曲部２３ｃとによりＵ字状に湾曲形成される。
板ばね部２３は、板ばね５において主に弾性変形する部分であり、板ばね５から摺動体機構２への摺動体押圧方向の圧縮力（付勢力）を主に発生させる部分である。具体的には、板ばね部２３は、板ばね５が下側固定部２１と上側固定部２２とにより凸型摺動体４および支持はり６それぞれに固定された状態で、上下方向（ｙ軸方向）の復元力を発生させる。板ばね部２３は、互いに平行な下側平板部２３ａと上側平板部２３ｂとが近接・離間するように弾性変形することで、上下方向の復元力を発生させる。この板ばね部２３による復元力が、板ばね５から摺動体機構２に対する摺動体押圧方向の圧縮力として作用する。
以上のような構成を有する板ばね５は、図１３に示すように、減衰装置１において、凸型摺動体４および支持はり６の両側面側から、略Ｕ字型の形状の開口側を対向させた状態で設けられる。そして、本実施形態では、凸型摺動体４および支持はり６の両側面側から対向する一対の板ばね５が摺動体機構２の長手方向に沿って４組、合計８個の板ばね５が設けられている（図１参照）。
また、本実施形態の減衰装置１においては、板ばね５の固定位置が調整可能となっている。具体的には、図１に示すように、板ばね５を凸型摺動体４および支持はり６に固定するための締結穴４ｃ，６ｃが、下側固定部２１および上側固定部２２それぞれにおけるボルト孔２１ｂ，２２ｂの配置間隔に対応する間隔で、凸型摺動体４および支持はり６それぞれにおいて長手方向の全体にわたって多数設けられている。このように凸型摺動体４および支持はり６それぞれの多数の締結穴４ｃ，６ｃから、それぞれ連続する３個の締結穴４ｃ，６ｃを任意に選択して用いることで、板ばね５を締結穴４ｃ，６ｃが形成される範囲で任意の位置に調整して固定することができる。
なお、本実施形態では、板ばね５がボルト２４，２５により固定される構成が採用されているが、板ばね５の固定方法は特に限定されない。板ばね５の固定には、例えば溶接等の方法が用いられてもよい。ただし、上述のとおり板ばね５の固定位置を調整する観点からは、板ばね５の固定方法は、本実施形態のボルト２４，２５を用いる方法のように、板ばね５を容易に着脱できる方法であることが好ましい。
以上のような構成を備える板ばね５によれば、本実施形態の減衰装置１において摺動体機構２に上側からの圧縮力を作用させるための構成について、好ましい特性を容易に得ることができる。ここで、摺動体機構２に圧縮力を作用させるための構成について好ましい特性とは、水平方向（ｘ軸方向）については変形が生じにくく、かつ、上下方向（ｙ軸方向）については所要の減衰能力（ばね定数）を有することである。
すなわち、減衰装置１においては、減衰効率の観点から、構造物の振動による変位（個の変形を含む）が凸型摺動体４に対して効率的に伝達されることが好ましい。また、本実施形態の減衰装置１が減衰させる振動の方向は、水平方向である。このため、構造物に固定される支持はり６を凸型摺動体４上に支持する板ばね５の特性としては、水平方向について、剛性が高く変形が生じにくいことが好ましい。
また、減衰装置１において、板ばね５は、その弾性によって摺動体機構２に摺動体押圧方向の圧縮力を作用させることで、減衰装置１の減衰力としての摩擦力を発生させる。したがって、減衰装置１において所要の減衰力を得るためには、板ばね５が上下方向について所定のばね定数を有することが必要となる。このため、板ばね５についての所定のばね定数は、減衰装置１の減衰力に影響する要因である、摺動体機構２を構成する摺動体の摺動面の勾配の大きさ、摺動面の摩擦係数、構造物の構造等に基づいて決まる。
本実施形態の板ばね５において、主に摺動体機構２への圧縮力を発生させる板ばね部２３は、Ｕ字状に湾曲形成される板状の部分であり、幅の方向については剛性が高く変形が生じにくい。そこで、板ばね５によれば、板ばね部２３の幅方向が水平方向となるように凸型摺動体４および支持はり６に固定されることで、水平方向について、剛性が高く変形が生じにくいという特性が得られる。
また、Ｕ字状に湾曲形成される板状の部分である板ばね部２３においては、板ばね部２３を構成する下側平板部２３ａと上側平板部２３ｂとが対向する方向について比較的高い弾性が得られる。そこで、板ばね５が、下側平板部２３ａと上側平板部２３ｂとが対向する方向が上下方向となるように凸型摺動体４および支持はり６に固定される構成においては、板ばね部２３の部分の形状や寸法等の設定により、板ばね５について容易に所要の減衰能力（ばね定数）を得ることができる。
このように、本実施形態の板ばね５によれば、水平方向については変形が生じにくく、かつ、上下方向については所要の減衰能力（ばね定数）を有するという好ましい特性を容易に得ることができる。なお、このような特性を容易に得ることができれば、板ばね５の形状は本実施形態に限定されない。
以上のような構成を備える本実施形態に係る板ばね５について、力学モデルを用いて力学的に解析する。この力学モデルの説明においては、図１２および図１４に示すように、板ばね部２３の直線長さ、つまり板ばね部２３の直線部分（平面部分）を形成する下側平板部２３ａおよび上側平板部２３ｂそれぞれの幅方向（ｚ軸方向）の寸法をα、板ばね部２３の曲げ半径、つまり板ばね部２３の曲線部分（曲面部分）を形成する湾曲部２３ｃの曲率半径をβ、板ばね５の水平方向（ｘ軸方向）の長さをγ、板ばね５の板ばね部２３の部分の板厚をφとする。また、この力学モデルでは、板ばね５のヤング率（ヤング係数）をＥ、板ばね５のせん断弾性係数をＧとする。
図１４に、この力学モデルにおいて、板ばね５に対して鉛直方向（ｙ軸方向）に鉛直力ｐが作用することで板ばね５に鉛直変位ｖｓが生じた状態を示す（二点鎖線参照）。図１４に示すように、Ｕ字型の板ばね５を、両端の曲げ変形が拘束されたＵ型の曲がり梁と考えると、曲げ変形のみを考慮した鉛直ばね定数ｓｙは、次式（１６）、（１７）で見積もられる。
Figure 0005286487
Figure 0005286487
ここで、式（１７）のσは、板ばね部２３の直線長さαと板ばね部２３の曲げ半径βの比ξ＝α／βを変数とする係数である。式（１６）および式（１７）より、板ばね部２３の板厚φと板ばね部２３の曲げ半径βの比φ／β、板ばね部２３の直線長さαと板ばね部２３の曲げ半径βの比ξ（＝α／β）、および板ばね５を構成する材料を適切に選ぶことにより、板ばね５において所要の鉛直ばね定数ｓｙが得られる。
一方、板ばね５の板ばね部２３の部分を、下側固定部２１側と上側固定部２２側の両端側が固定された、湾曲していない矩形板状の部分とみなすと、板ばね部２３は、幅（ｘ軸方向の寸法）がγ、高さ（下側平板部２３ａ、上側平板部２３ｂ、および湾曲部２３ｃの合計の長さ）が２α＋πβ、厚さがφの矩形板とみなすことができる。そこで、板ばね５の水平方向（ｘ軸方向）の変形を両端固定梁の曲げ変形と矩形板のせん断変形の和として近似すると、水平ばね定数ｓｘは、次式（１８）で表わされる。
Figure 0005286487
式（１８）において、τは、せん断応力度の分布を表す係数である。ξ＝１，τ＝３／２，Ｇ／Ｅ≒０．３８５（ポアソン比０．３の等方性材料と仮定する）の条件で、式（１８）の水平ばね定数ｓｘと、式（１６）の鉛直ばね定数ｓｙとの比を試算すると、次式（１９）が得られる。
Figure 0005286487
式（１９）において、板ばね部２３の板厚φと曲げ半径βの比をφ／β＝１／２０、板ばね部２３の半径βと水平方向の長さγの比をβ／γ＝１／１０とすると、水平ばね定数ｓｘと鉛直ばね定数ｓｙとのばね定数比はｓｘ／ｓｙ≒４５８となる。よって、φ／βおよびβ／γを適切に設定することにより、板ばね５においてｓｘ＞＞ｓｙという関係を得ることができる。
本実施形態では、板ばね５の下側固定部２１および上側固定部２２のうち一方の固定部を凹型摺動体３または凸型摺動体４にボルト等で固定し、他方の固定部を支持はり６にボルト等で固定する。板ばね５の個数をｎとすると、減衰装置１としての鉛直ばね定数は次式（２０）で表わされる。
Ｓｙ＝Ψｎｓｙ ・・・（２０）
式（２０）において、Ψは、板ばね５の取付け方法等で決まる補正係数で、実験により定められる。減衰装置１の水平ばね定数も同様にして決定できるが、ここでは記述を省略する。
続いて、本実施形態に係る減衰装置１の減衰効果を検証するために、減衰装置１を装着したラーメンの静的力学特性について説明する。
上述したように、本実施形態の減衰装置１に水平力が作用すると、減衰装置１は、上下の凹型摺動体３および凸型摺動体４の摺動体同士が相対的に摺動することで変形する（図８、図９参照）。この減衰装置１の摺動体同士が相対的に摺動することによる変形（以下「摺動変形」という。）は、水平力が作用するラーメンで生じる上下間の層間水平変形と類似していると考えられる。
したがって、減衰装置１の摺動変形とラーメンの層間水平変形が対応するように減衰装置１をラーメンに装着することにより、ラーメンの減衰を増加させることができると考えられる。ここでは、本実施形態の減衰装置１の実用性を検討するために、減衰装置１を装着したラーメンの静的力学特性を理論的に明らかにする。
図１５および図１６は、本実施形態に係る減衰装置１のラーメンにおける配置の一例を示す。図１５および図１６に示すように、本例は、減衰装置１を、梁３１と、梁３１の長手方向（ｘ軸方向）の両端側を支持するとともに下端が基礎３３に固定された柱３２とを有する一層ラーメンに配置した場合の例である。
本例では、梁３１の下側に、上側壁１８が固定される。上側壁１８は、水平方向の両側の柱３２に対して、柱３２と衝突しない適切な間隔ｅを隔てた位置に設置される。また、基礎３３の上側に、下側壁１７が固定される。下側壁１７は、上側壁１８と同様に、両側の柱３２に対して間隔ｅを隔てた位置に設置される。
そして、減衰装置１は、凹型摺動体３が下側壁１７に固定され、支持はり６が上側壁１８に固定されることで、下側壁１７と上側壁１８との間に設置される。板ばね５は、凸型摺動体４と支持はり６との間に上下方向に架け渡された状態で凸型摺動体４および支持はり６を幅方向（ｚ軸方向）の両側から挟むように、凸型摺動体４および支持はり６それぞれの側面に固定される。
図１５および図１６に示すように、この力学モデルでは、梁３１の長さ（ｘ軸方向の寸法、以下同じ）をｌ、下側壁１７および上側壁１８の長さをそれぞれｌｄとし、柱３２の高さ（ｙ軸方向の寸法、以下同じ）をｈ、下側壁１７および上側壁１８の高さをそれぞれｈｌ，ｈｕとする。また、梁３１の断面積、断面二次モーメント、およびヤング率を、それぞれＡｂ、Ｉｂ、およびＥｂとし、柱３２の断面積、断面二次モーメント、およびヤング率を、それぞれＡｃ、Ｉｃ、およびＥｃとする。
また、この力学モデルでは、ラーメンの梁３１の曲げ剛性は、柱３２の曲げ剛性に比べて大きいとする。つまり、ＥｂＩｂ／ｌ＞＞ＥｃＩｃ／ｈが成り立ち、梁３１の弾性変形を無視する。また、この力学モデルでは、下側壁１７および上側壁１８のｘ軸方向、ｙ軸方向の剛性は、それぞれ減衰装置１のｘ軸方向、ｙ軸方向のばね定数Ｓｘ、Ｓｙに比べて十分大きいと仮定し、下側壁１７および上側壁１８の弾性変形は無視する。また、減衰装置１の水平方向の弾性変形も無視する。よって、梁３１の水平変位ｕと、減衰装置１の凹型摺動体３および凸型摺動体４の相対変位ｕｄとの差は無視できる程度に小さいと仮定し、ｕ≒ｕｄとする。
図１７および図１８は、ラーメンの梁３１に水平力Ｑが作用した時の、ラーメンおよび減衰装置１の変形を説明するための図である。図１７は、減衰装置１が前方移動時の状態のラーメンおよび減衰装置１の変形を示す。図１７に示すように、ラーメンの柱３２には、曲げ変形および軸変形が生じ、柱３２の上端は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に変位を生じさせる。ここでは、柱３２の上端のｘ軸方向の変位をｕ、同じくｙ軸方向の変位をｖとする。また、図１８は、減衰装置１が後方移動時の状態のラーメンおよび減衰装置１の変形を示し、この場合も、前方移動時と同様に、柱３２の上端にｘ軸方向およびｙ方向の変位が生じる。
図１７に示すように、減衰装置１の前方移動時では、減衰装置１は、正の相対変位ｕｄを生じさせ、凹型摺動体３および凸型摺動体４は、互いに前方用摺動面（溝端面１１ａ、肩面１２ａ）同士で接触し、高さ変化ｖｄを生じさせる。図１８に示すように、減衰装置１の後方移動時では、前方移動時と同様に、減衰装置１は、負の相対変位ｕｄを生じさせ、凹型摺動体３および凸型摺動体４は、互いに後方用摺動面（溝底面１１ｂ、突部端面１２ｂ）同士で接触し、高さ変化ｖｄを生じさせる。前方移動時および後方移動時ともに、ｕｄとｖｄとの間には、上記式（１）の関係が成立する。
摺動体機構２の高さの変化量と柱３２の高さの変化量の合計ｖｄ−ｖは、板ばね５の弾性変形によって吸収される。この板ばね５の弾性変形の変形量に比例して、減衰装置１の摺動体機構２において圧縮力が生じ、この圧縮力により、ラーメンの変形による水平移動に抵抗する摩擦力が、減衰装置１において発生する。
図１９および図２０は、減衰装置１の前方移動時の状態で（図１７参照）で、ラーメンと減衰装置１とを切り離し、減衰装置１とラーメンとの接続部、つまり上側壁１８および固定はり６に作用する水平力ＨＢと鉛直力ＶＢを明示した自由体図である。図１９は、ラーメンに作用する力を示し、図２０は、減衰装置１に作用する力を示す。
本実施形態の減衰装置１は、凹型摺動体３および凸型摺動体４の相対的な摺動による摺動体機構２の高さの変化を利用して、板ばね５を伸縮させることで、圧縮力を生成する。また、図１７等に示すように、ラーメンに減衰装置１が設置された状態においては、柱３２によって支持される梁３１と摺動体機構２との間に板ばね５が介在する。このため、ラーメンの柱３２の高さの変化は、減衰装置１が生成する圧縮力に大きく影響すると考えられる。
よって、柱３２の変形に起因する二次変位を考慮すると、柱３２の上端のｙ軸方向の変位ｖは、次式（２１）で表わされる。
ｖ＝ｖ１＋ｖ２ ・・・（２１）
ここで、ｖ１は、柱３２の軸変形による一次変位であり、ｖ２は、柱３２の軸線の曲がりによる二次変位である。
柱３２の軸変形を考慮したラーメンの鉛直ばね定数をＫｙとすると、一次変位は次式（２２）で表わされる。
ｖ１＝ＶＢ／Ｋｙ ・・・（２２）
柱３２の本数は梁３１の両端の２本なので、鉛直ばね定数Ｋｙは、次式（２３）で表わされる。
Ｋｙ＝２ＡｃＥｃ／ｈ ・・・（２３）
柱３２の曲げ変形を、支点変位ｕ（梁３１の水平変位ｕ）が生じる両端固定梁の曲げ変形と等価と仮定し、柱３２の二次変位を、両端固定梁の元の長さと両端固定梁のたわみ曲線の曲線長の差と考えると、二次変位は次式（２４）のように表わされる。
ｖ２＝（−３／５ｈ）ｕ２ ・・・（２４）
式（２４）は、支点変位が生じた両端固定梁のたわみ曲線を積分することにより簡単に求められるので、ここでは、式（２４）の誘導の過程の説明は省略する。
また、板ばね５の縮みは（ｖｄ−ｖ）なので、減衰装置１に作用する鉛直力は、次式（２５）で表わされる。
ＶＢ＝Ｓｙ（ｖｄ−ｖ） ・・・（２５）
式（２５）に、式（１）、（２１）、（２２）、および（２４）、ならびにｕｄ＝ｕを適用すると、次式（２６）、（２７）が得られる。
Figure 0005286487
Figure 0005286487
式（２６）、（２７）において、Ｓｙｃは、ラーメンと減衰装置１の合成鉛直ばね定数である。式（２６）で表わされる鉛直力ＶＢと、図１９および図２０の水平力ＨＢを、式（５）、（６）のＶとＨに置き換えると、水平力ＨＢは、次式（２８）で表わされる。
Figure 0005286487
ラーメンの水平ばね定数をＫｘとすると、水平力Ｑと水平変位ｕとの関係は、次式（２９）で表わされる。
Ｑ−ＨＢ＝Ｋｘｕ ・・・（２９）
柱３２の変形は支点変位を生じる両端固定梁の変形と等価と考えているので、ラーメンの水平ばね定数は、次式（３０）で表わされる。
Ｋｘ＝２４ＥｃＩｃ／ｈ３ ・・・（３０）
式（２９）に式（２８）を代入し整理すると、次式（３１）により表わされる、減衰装置１を装着したラーメンの水平力と水平変位の関係式が得られる。
Figure 0005286487
図２１は、式（３１）で示される減衰装置１を装着したラーメンの水平力と水平変位の履歴曲線である。図２１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ初期圧縮力と摺動面の勾配による履歴曲線の変化を示す。
図２１（ａ）に示すように、初期圧縮力のみを大きくすると、前進時または後進時の曲線の傾きは変わらないが、縦軸の切片が大きくなることにより曲線が上下に平行移動し、全体として履歴曲線が囲む面積が大きくなると考えられる。
一方、図２１（ｂ）に示すように、摺動面の勾配のみを大きくすると、縦軸の切片は変わらないが、前方移動時・前進時と後方移動時・後進時の履歴曲線の傾きが大きくなり、前方移動時・後進時と後方移動時・前進時の曲線の傾きが小さくなることにより、全体として履歴曲線が囲む面積が大きくなると考えられる。また、図２１（ａ）、（ｂ）より、いずれの履歴曲線の形状も、蝶が羽を広げた時の羽の形状となることが予想される。
式（３１）の左辺は、ラーメンと減衰装置１の合成鉛直ばね定数Ｓｙｃを含んでいる。ラーメンの鉛直ばね定数Ｋｙと減衰装置１の鉛直ばね定数Ｓｙとの関係をＫｙ＞＞Ｓｙと仮定すると、Ｓｙｃ≒Ｓｙとみなすことができる。この仮定の下でＳｙのみを大きくすると、式（３１）の左辺の水平力Ｑが大きくなるので、履歴曲線が囲む面積が大きくなる。
よって、動摩擦係数、摺動面の勾配、初期圧縮力、および鉛直ばね定数を大きくすることにより、ラーメンの水平力と水平変位の履歴曲線が囲む面積を大きくすることができると考えられる。また、これらの４つのパラメータを適宜組み合わせることにより、ラーメンが振動体として必要とする等価粘性減衰係数を有する減衰装置１を造ることが可能と考えられる。
等価粘性減衰定数について説明する。ラーメンの二次変位を無視すると、式（２８）で示す減衰装置１に作用する水平力ＨＢは、式（７）で示す水平力Ｈと一致する。したがって、ラーメンの二次変位を無視し、Ｋｙ＞＞Ｓｙ，１±μＦｉ≒１，１±μＢｉ≒１，μＦ＝μＢ＝μ０と仮定すると、減衰装置１を装着したラーメンの等価粘性減衰定数ζｅは、式（１５）の等価粘性減衰係数ｃｅとラーメンの臨界減衰係数２√（ＭＫｘ）との比として次式（３２）で定義される。
Figure 0005286487
ここで、Ｍはラーメンの質量である。減衰性能としては、共振時の等価粘性減衰定数が重要であるので、式（１５）の円振動数θは、次式（３３）のラーメンの固有円振動数ωに置き換える。
Figure 0005286487
ラーメンの水平変位と減衰装置１の相対変位は等しいと考えているので、ラーメンの振幅をａとすると、ａｄ＝ａである。よって、式（３２）の等価粘性減衰定数ζｅは、次式（３４）となる。
Figure 0005286487
式（３４）より、減衰装置１を装着したラーメンの等価粘性減衰定数は、摺動面の動摩擦係数と勾配、減衰装置１の鉛直ばね定数とラーメンの水平ばね定数、初期圧縮力、およびラーメンの振幅によって決まると考えられる。また、振幅が大きくなると、初期圧縮力の影響は小さくなると考えられる。
図２２は、式（３４）で計算した等価粘性減衰定数（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｄａｍｐｉｎｇ ｒａｔｉｏ）の一例である。図２２（ａ）は、摺動面の勾配と動摩擦係数を一定とし、ばね定数比Ｓｙ／Ｋｘと振幅ａをパラメータとする場合の等価粘性減衰定数ζｅの変化を示す。図２２（ｂ）は、摺動面の勾配と動摩擦係数を一定とし、初期圧縮力と振幅ａをパラメータとする場合の等価粘性減衰定数ζｅの変化を示す。
図２２（ａ）から、ばね定数比Ｓｙ／Ｋｘを大きくすることにより、等価粘性減衰定数ζｅを大きくすることができると考えられる。また、図２２（ｂ）から、初期圧縮力を小さくすることにより、振幅ａの変化にともなう等価粘性減衰定数ζｅの変化を小さくすることができると考えられる。また、図２２（ａ）、（ｂ）、および式（３４）から、振幅ａが大きくなると、等価粘性減衰定数ζｅは、一定値ζｅ０＝ｉμ０Ｓｙ／πＫｘに漸近すると考えられる。さらに、式（３４）から、動摩擦係数と摺動面の勾配を大きくすると、等価粘性減衰定数ζｅが大きくなると考えられる。
本実施形態の減衰装置１においては、摺動体機構２の摺動面は、凹型摺動体３および凸型摺動体４が有する凹凸形状による嵌合部分において所定の傾きを有する斜面として形成されているが、これに限定されるものではない。摺動体機構２の摺動面が有する形状は、摺動する相手方の摺動体に対する中立の位置からの前方または後方への変位量の増加にともなって、摺動体機構２の高さを増大させるような形状であれば、特に限定されない。つまり、摺動体機構２の摺動面は、摺動する相手方の摺動体に対する中立の位置からの前方または後方への変位量の増加にともなって、摺動体機構２の高さを増大させるような勾配を有するものであればよい。
したがって、摺動体機構２の摺動面としては、例えば、本実施形態のように凹凸形状による嵌合部分に形成されるものではなく、単に一つの摺動面同士が接触する構成であったり、作動方向および幅方向の少なくともいずれかの方向について湾曲する曲面であったりしてもよい。なお、摺動体機構２の摺動面が作動方向について湾曲する曲面である場合、上記のような変位量の増加にともなって摺動体機構２の高さを増大させるような勾配は、例えば、摺動面の作動方向についての湾曲形状となる曲線に対する接線の傾きとして規定される。
ただし、本実施形態のように、凹型摺動体３の溝部１１と凸型摺動体４の突部１２とによる嵌合形状部分により摺動面が形成されることにより、摺動体機構２において作動方向と直角な横断方向（幅方向）の偏心の発生を防止することができ、摺動体同士の互いの摺動面を、各摺動体のほぼ全長で接触させることができる。これにより、簡単な構成を容易に実現することができるとともに、摺動体同士の相対的な摺動による動作について、高い安定性を容易に得ることができる。また、摺動体機構２における凹凸形状は、上下で逆であってもよい。
また、摺動体機構２の摺動面は、本実施形態のように所定の勾配を有する斜面であることにより、力学的な解析が容易となり、減衰装置１について高い実用性、汎用性を容易に得ることができる。なお、摺動体機構２の摺動面には、動摩擦係数と静止摩擦係数の差を小さくするために潤滑材等が塗布されたり、金属同士の癒着防止や腐食防止等のために酸化皮膜やオイル皮膜等が形成されたりする。
また、本実施形態の減衰装置１では、摺動体機構２を摺動体押圧方向に付勢する付勢手段として板ばね５が備えられるが、減衰装置１に備えられる付勢手段としては、例えば巻きばねやシリンダ機構やソレノイドアクチュエータ等であってもよい。ただし、本実施形態の減衰装置１のように、付勢手段として略Ｕ字型の板ばね５が作用されることで、上述したように、減衰装置１が備える付勢手段としての好ましい特性を簡単な構造により容易に実現することができる。
また、減衰装置１が備える付勢手段としての板ばね５は、凹型摺動体３の下側において構造物との間に設けられてもよい。この場合、凹型摺動体３の下側に設けられる板ばね５は、例えば本実施形態において凸型摺動体４の上側に設けられる板ばね５と同様に、上側が凹型摺動体３に固定され、下側が支持はりを介する等して間接的にまたは直接的に構造物に固定される。つまり、凹型摺動体３の下側に板ばね５が設けられる場合、摺動体側固定部としての固定部は、凹型摺動体３に固定され、構造物側固定部としての固定部は、構造物に直接的にまたは支持はり等を介して間接的に固定される。
以上説明した本実施形態に係る減衰装置１によれば、簡単な構造で、構造物の振動の周期の長短に依存することなく、小振幅から大振幅まで振動エネルギーの吸収を効率的に行うことができ、高い実用性、汎用性を得ることができる。
例えば、構造物として超高層ビルが対象とされる場合、風による振動のように比較的振幅の小さい振動や、長周期地震動のように比較的振幅の大きい振動等のタイプの異なる振動に対応する必要がある。このような場合、本実施形態の減衰装置１によれば、小振幅から大振幅まで広い範囲の振動に対応することができるので、振動のタイプごとに異なる減衰装置を用いることなく、１種類の減衰装置でタイプの異なる振動に対応することが容易となる。
本実施形態の減衰装置１によれば、減衰力が変位の絶対値に比例して増加する構成、すなわち振幅が増加しても等価粘性減衰係数が減少せず、構造物の固有振動モードが長周期化しても等価粘性減衰定数が低下しない減衰装置を実現することが可能となる。本実施形態の減衰装置１においては、二つの摺動体である凹型摺動体３と凸型摺動体４とは互いの凹凸面でかみ合い、前方移動時には前方用摺動面同士のみが密着し、後方移動時には後方用摺動面同士のみが密着する。組み立てられた凹型摺動体３および凸型摺動体４に相対変位が生じると、摺動面の勾配のために、摺動体機構２の高さが変化する。
そして、凹型摺動体３と凸型摺動体４の一方に固定する懸架装置（板ばね５および支持はり６を含む構成）は、摺動体機構２の高さの変位に比例する圧縮力を摺動面に作用させる。この圧縮力と摺動面の摩擦係数の積に比例する摩擦力が、摺動面に発生する。よって、本実施形態の摺動体機構２を直接に構造物本体に装着することによって、構造物の振動を減衰させることができる。また、摺動体機構２を組み込んだ減衰装置１によれば、変位比例摩擦力型の減衰装置が容易に実現する。
また、凹型摺動体３および凸型摺動体４の各摺動体が有する前方用摺動面と後方用摺動面とは、作動方向について共通の位置に存在することから、特に作動方向について装置のコンパクト化を容易に図ることができる。これにより、減衰装置１のコンパクト化を容易に図ることができ、実用性、汎用性の面で有利となる。
本発明の第１実施形態に係る減衰装置１の適用例について説明する。図２３および図２４は、減衰装置１を鉄骨ビルに適用した場合の配置の一例を示す。図２３に示すように、本適用例は、鉄骨ビルにおいて、互いに平行に水平方向に配される上下の梁（Ｈ型鋼材）４０ａ，４０ｂと、互いに平行に上下方向に配される左右の柱（四角柱状の柱）４１ａ，４１ｂとが交わることで形成される枠組み構造（以下「鉄骨枠組み」という。）に、減衰装置１が配置される例である。なお、上下の各梁４０ａ，４０ｂと、左右の各柱４１ａ，４１ｂとがそれぞれ交わる各節点は、剛節（変形しにくい結合）として構成される。
本適用例では、鉄骨枠組みの枠内部において、下側の梁４０ｂの上側に、減衰装置１が配置されている。減衰装置１は、凹型摺動体３と凸型摺動体４との相対的な摺動方向が上下の梁４０ａ，４０ｂが配される方向（図２３において左右方向）に沿うように設けられる。減衰装置１は、下側の梁４０ｂ上において左右の柱４１ａ，４１ｂの間の略中央位置に固定されるとともに、減衰装置１が設けられる左右中央部の位置からそれぞれ左右の斜め上方に配される左右のブレース（Ｈ型鋼材）４２ａ，４２ｂにより構成されるＶ字ブレースを介して、鉄骨枠組みに装着される。
具体的には、減衰装置１の凹型摺動体３は、下側の梁４０ｂの上面に設けられる一対の連結板４３を介して下側の梁４０ｂの上側に固定される。一対の連結板４３は、下側の梁４０ｂの上面から突出した状態で設けられ、凹型摺動体３を両側面側（図２４において左右両側）から挟んだ状態でボルト４３ａにより凹型摺動体３に固定される（図２４参照）。
また、減衰装置１の支持はり６は、一対のガセット板４４を介して左右のブレース４２ａ，４２ｂからなるＶ字ブレースに連結される。一対のガセット板４４は、支持はり６を両側面側（図２４において左右両側）から挟んだ状態でボルト４４ａにより支持はり６に固定される（図２４参照）。左右の各ブレース４２ａ，４２ｂの下端は、一対のガセット板４４間に固定され、左右の各ブレース４２ａ，４２ｂの上端は、上側の梁４０ａと左右の柱４１ａ，４１ｂとの各角部分において梁４０ａと各柱４１ａ，４１ｂとの間に設けられる支持板４５を介して固定される。
このように、本適用例では、鉄骨枠組みに対して、上下の梁４０ａ，４０ｂが左右の水平方向にずれる方向と減衰装置１の作動方向とが一致するように、Ｖ字ブレースを介して減衰装置１が装着される。これにより、鉄骨枠組みにおいて左右の水平方向についての減衰効果が得られる。上下の梁４０ａ，４０ｂについては、梁４０ａ，４０ｂの延設方向に直交する水平方向（図２３において紙面に垂直な方向）のずれが生じる場合があるが、この場合であっても、凹型摺動体３と凸型摺動体４との凹凸形状によるかみ合いにより、減衰装置１の逸脱（凹型摺動体３と凸型摺動体４との離脱）が防止される。
本適用例においては、上下の梁４０ａ，４０ｂの鉛直方向の変形特性が考慮され、減衰装置１を構成する各部材が設計される。本適用例は、上述したようにラーメンに減衰装置１を装着した場合に相当する。なお、本適用例において、減衰装置１に連結されるＶ字ブレースは、耐力壁（反力壁）で代替可能である。また、本適用例は、鉄骨ビルのほか、コンクリートビルや鉄骨・コンクリートビルや木造建築物等にも同様に適用可能である。
本発明の第１実施形態に係る減衰装置１の他の適用例について説明する。図２５および図２６に示すように、本適用例は、上述した適用例と同様に、上下の梁４０ａ，４０ｂと左右の柱４１ａ，４１ｂとにより形成される鉄骨枠組みへの減衰装置１の適用例である。本適用例では、左右の柱４１ａ，４１ｂの間において、上側の梁４０ａの下側における左右両側の２箇所に減衰装置１が配置されている（図２５参照）。本適用例では、上述した適用例と同様に、凹型摺動体３と凸型摺動体４との相対的な摺動方向が上下の梁４０ａ，４０ｂが配される方向に沿うように設けられる。
本適用例では、減衰装置１の支持はり６は、上側の梁４０ａの下面から突出した状態で設けられる一対の連結板４６を介して上側の梁４０ａの下面に固定される。一対の連結板４６は、支持はり６を両側面側（図２６において左右両側）から挟んだ状態でボルト４６ａにより支持はり６に固定される（図２６参照）。減衰装置１の凹型摺動体３は、上側の梁４０ａの下方かつ左右の柱４１ａ，４１ｂの間において梁４０ａと平行に（左右の水平方向に）配される梁４７に、一対の連結板４８を介して固定される。一対の連結板４８は、凹型摺動体３および梁４７を両側面側から挟んだ状態で、凹型摺動体３および梁４７それぞれにボルト４８ａにより固定される。
左右両側の減衰装置１およびこれらを支持する梁４７は、左右の柱４１ａ，４１ｂの間において左右の柱（Ｈ型鋼材）４９ａ，４９ｂと斜め方向に配される左右のブレース５０ａ，５０ｂとにより構成されるＭ字状の骨組み構造を介して鉄骨枠組みに支持される。
Ｍ字状の骨組み構造を構成する左右の柱４９ａ，４９ｂは、下側の梁４０ｂの上面における左右両側に立設される。同じくＭ字状の骨組み構造を構成する左右のブレース５０ａ，５０ｂは、一端側が左右の柱４１ａ，４１ｂの間の略中央位置に固定されるとともに、その略中央位置から他端側が左右の斜め上方に向くように配される。
Ｍ字状の骨組み構造を構成する左右のブレース５０ａ，５０ｂの下端は、下側の梁４０ｂの上面における左右略中央位置において梁４０ｂの上面から突出した状態で設けられる一対の支持板５１を介して下側の梁４０ｂの上面に固定される。左右のブレース５０ａ，５０ｂおよび左右の柱４９ａの上端は、それぞれ一対のガセット板５２を介して、減衰装置１を支持する梁４７の左右両端部に固定される。左右のそれぞれに設けられる一対のガセット板５２は、梁４７の端部、柱４９ａ，４９ｂの上端部、およびブレース５０ａ，５０ｂの上端部を両側面側から挟んだ状態で、梁４７、柱４９ａ，４９ｂ、およびブレース５０ａ，５０ｂに固定される。
このように、本適用例では、上述した適用例と同様に、鉄骨枠組みに対して、上下の梁４０ａ，４０ｂが左右の水平方向にずれる方向と減衰装置１の作動方向とが一致するように減衰装置１が装着される。本適用例では、上側の梁４０ａの直下において二箇所に減衰装置１が配置されるため、上述した適用例との比較において、上下の梁４０ａ，４０ｂの鉛直方向の変形特性の影響は小さい。なお、本適用例において、左右のブレース５０ａ，５０ｂからなるＶ字ブレースあるいは、これらのブレース５０ａ，５０ｂと左右の柱４９ａ，４９ｂからなるＭ字状の骨組み構成は、耐力壁（反力壁）で代替可能である。また、本適用例は、上述した適用例と同様に、コンクリートビルや鉄骨・コンクリートビルにも同様に適用可能である。
本発明の第２実施形態について説明する。なお、上述した第１実施形態と重複する内容については適宜説明を省略する。図２７および図２８に示すように、本実施形態に係る減衰装置６１は、全体として軸状に構成され、その軸方向（図２７および図２８における左右方向）を、減衰力を作用させる方向とする。したがって、第１実施形態の減衰装置１がせん断力部材型の減衰装置であるのに対し、本実施形態の減衰装置６１は、凹型摺動体、凸型摺動体、板ばね、および支持はりの個数や配置を工夫することにより、せん断力部材型の減衰装置を軸力部材型の減衰装置へ拡張したものである。すなわち、本実施形態の減衰装置６１は、軸方向について付勢された状態で伸縮可能に構成され、その伸縮動作をともなって、軸方向に減衰力を作用させる。
減衰装置６１は、その軸方向の両端部に、構造物に固定される部分である支持部（６１ａ、６１ｂ）を有する。本実施形態では、一方（図２７において左側）の支持部を「第１支持部６１ａ」とし、他方（同図において右側）の支持部を第２支持部６１ｂとする。
図２７〜３３に示すように、減衰装置６１は、凹型摺動体６３および２つの凸型摺動体６４を有する摺動体機構６２と、複数（本実施形態では１２個）の板ばね６５と、一対の支持体６６とを備える。本実施形態の減衰装置６１は、第１実施形態と同様に摺動型の減衰装置であり、凹型摺動体６３と各凸型摺動体６４とが相対的に摺動することによって生じる摩擦力を減衰力とし、その摩擦力が摺動体同士の相対的な変位の絶対値に比例して増加する構成を備える。
本実施形態において、摺動体機構６２を構成する凹型摺動体６３および一対の凸型摺動体６４は、互いに対向した状態で相対的に往復摺動可能に設けられる３つの摺動体である。具体的には、凹型摺動体６３は、全体として略柱状の外形を有し、凸型摺動体６４は、全体として略矩形板状の外形を有する。そして、一対の凸型摺動体６４は、互いの板面を対向させた状態で、凹型摺動体６３を両側から挟み込むように設けられる。
したがって、凹型摺動体６３の一側の面部に一方の凸型摺動体６４が対向し、凹型摺動体６３の他側の面部に他方の凸型摺動体６４が対向した状態で、凹型摺動体６３と凸型摺動体６４とが相対的に摺動可能に設けられる。つまり、凹型摺動体６３と、凹型摺動体６３において互いに反対側となる両側の面部のそれぞれに対向する一対の凸型摺動体６４とが、それぞれ互いに対向した状態で相対的に往復摺動可能に構成される。略柱状の凹型摺動体６３と、略矩形板状の凸型摺動体６４とは、それぞれの長手方向を相手方の摺動体に対する相対的な摺動方向としながら互いの一側の面部同士を対向させた状態で相対的に摺動可能に設けられる。
このように、本実施形態の摺動体機構６２は、１つの凹型摺動体６３と、この１つの凹型摺動体６３を相対的に摺動する相手側の部材として共用する２つの凸型摺動体６４とを有する。２つの凸型摺動体６４は、互いに略同じ形状・大きさを有する。なお、以下の説明では、２つの凸型摺動体６４が凹型摺動体６３を挟む方向（図２９における上下方向）を上下方向とする。したがって、本実施形態では、凹型摺動体６３および凸型摺動体６４は、互いに上下方向に対向した状態で摺動可能に設けられる。
上下２つの凸型摺動体６４は、板ばね６５と支持体６６とにより一体的に支持された状態で、凹型摺動体６３に対して相対的に摺動する。支持体６６は、短冊形の板状部材であり、凹型摺動体６３を、減衰装置６１の軸方向視で凸型摺動体６４が対向する方向に直交する方向（図３０、図３１において左右方向、以下「左右方向」とする。）の両側から挟む位置に設けられる。つまり、一対の支持体６６は、凹型摺動体６３を間に介して互いの板面を左右方向に対向させた状態で設けられる。なお、一対の支持体６６は、凹型摺動体６３の左右両側面との間に隙間を隔てた状態で設けられる（図２９参照）。
板ばね６５は、第１実施形態の板ばね５と同様の構成を有する略Ｕ字型の板ばねである（図１２参照）。したがって、板ばね６５は、その両端側に長方形状の平板状の固定部８１，８２を有するとともに、これらの固定部８１，８２の間に、湾曲形状を有する板状の板ばね部８３を有する。そして、板ばね６５は、凸型摺動体６４および支持体６６の左右の両側面において、略Ｕ字型の形状の開口側を対向させた状態で、凸型摺動体６４および支持体６６間に上下に架け渡された状態で設けられる。
すなわち、上側の凸型摺動体６４と支持体６６とに固定される板ばね６５は、一方（上側）の固定部８１が上側の凸型摺動体６４の側面に固定され、他方（下側）の固定部８２が支持体６６の側面に固定される。また、下側の凸型摺動体６４と支持体６６とに固定される板ばね６５は、一方（上側）の固定部８２が支持体６６に固定され、他方（下側）の固定部８１が下側の凸型摺動体６４に固定される。
本実施形態の減衰装置６１では、支持体６６と上下の各凸型摺動体６４との間の左右両側のそれぞれにおいて、減衰装置６１の長手方向に沿って３個の板ばね６５が連続して設けられており、計１２個の板ばね６５が用いられている（図２７、図２８参照）。なお、各板ばね６５は、第１実施形態の板ばね５と同様に、上下の各固定部において３箇所ずつボルト８５によって固定される。このため、凸型摺動体６４および支持体６６の両側面には、それぞれボルト８５がねじ込まれるボルト穴６４ａ，６６ａが形成されている（図３２参照）。
このように、本実施形態の減衰装置６１が備える板ばね６５においては、上下の各凸型摺動体６４に固定される側の固定部８１が、摺動体側固定部として機能し、支持体６６に固定される側の固定部８２が、構造物側固定部として機能する。また、板ばね６５は、上下の固定部８１，８２の間に、弾性変形可能な湾曲板状の部分である板ばね部８３を有する。
そして、本実施形態では、板ばね６５は、凹型摺動体６３および一対の凸型摺動体６４からなる摺動体機構６２を、上下方向に押圧付勢する。つまり、板ばね６５は、相対的に往復摺動する凹型摺動体６３および凸型摺動体６４同士が互いに対向する方向に押し付けられる方向（摺動体押圧方向）の付勢力を、摺動体機構６２に作用させる。
具体的には、板ばね６５は、支持体６６の上下において、支持体６６と上下それぞれの凸型摺動体６４との間に架け渡された状態で固定されることで、板ばね部８３によって主に上下方向に圧縮力（付勢力）を発生させる。つまり、上下方向に配置される板ばね６５は、支持体６６を介することで、上下に位置する凸型摺動体６４が互いに近付く方向の付勢力を摺動体機構６２に作用させる。このように、本実施形態の減衰装置６１においては、板ばね６５が、摺動体機構６２を、摺動体押圧方向に付勢する付勢手段として機能する。
凹型摺動体６３および凸型摺動体６４は、それぞれ構造物に直接的にまたは間接的に固定される。本実施形態では、凹型摺動体６３は、構造物に固定される部分である支持板部６３ａを有する。支持板部６３ａは、上下方向を板厚方向とする板状の部分であり、凹型摺動体６３において、凸型摺動体６４に対する摺動面を形成する部分から、凹型摺動体６３の長手方向の一端側に形成される。支持板部６３ａは、一対の支持体６６よりも減衰装置６１の軸方向の一端側に突出した状態で設けられる。
凹型摺動体６３が有する支持板部６３ａは、上述したように減衰装置６１の軸方向の端部に設けられる第１支持部６１ａを構成する部分である。つまり、減衰装置６１は、軸方向の一端部に、構造物に固定される第１支持部６１ａを構成する支持板部６３ａを有する。このため、支持板部６３ａには、構造物に対する固定用の孔部６１ｃが設けられている。孔部６１ｃは、ボルト等の固定具を挿入させるためのものであり、板状の支持板部６３ａを貫通するように形成される。このように、本実施形態の減衰装置６１では、凹型摺動体６３は、支持板部６３ａによって構造物に直接的に固定される。
また、本実施形態では、凸型摺動体６４は、構造物に対して、複数の板ばね６５および支持体６６を介して間接的に固定される。具体的には、減衰装置６１においては、凹型摺動体６３の支持板部６３ａが突出する側と反対側（図２７、図２８において右側）に突出する部分を構成するクレビス６７が設けられる。
クレビス６７は、全体として略矩形厚板状の外形を有する部材であり、その板厚方向が上下方向となるように、減衰装置６１の軸方向の他端部において、一対の支持体６６に挟まれた状態で固定される。クレビス６７は、その長手方向の一側に、上下方向に対向した状態で互いに平行に形成される一対の板状の部分である支持板部６７ａを有する。クレビス６７は、一対の支持板部６７ａの部分を一対の支持体６６よりも減衰装置６１の軸方向の他端側に突出させた状態で、一対の支持体６６間にて固定される。なお、クレビス６７は、一対の支持体６６に挟まれた状態で、例えばボルトや溶接等の適宜の方法により支持体６６に固定される。
クレビス６７が有する支持板部６７ａは、上述したように減衰装置６１の軸方向の端部に設けられる第２支持部６１ｂを構成する部分である。つまり、減衰装置６１は、軸方向の他端部に、構造物に固定される第２支持部６１ｂとしての支持板部６７ａを有する。このため、支持板部６７ａには、構造物に対する固定用の孔部６１ｄが設けられている。孔部６１ｄは、ボルト等の固定具を挿入させるためのものであり、一対の板状の支持板部６７ａを上下方向に貫通するように形成される。このように、本実施形態の減衰装置６１では、凸型摺動体６４は、板ばね６５、支持体６６、およびクレビス６７を介して構造物に間接的に固定される。
以上のような構成を備える減衰装置６１においては、上述したように上下２つの凸型摺動体６４が板ばね６５と支持体６６とにより一体的に支持されるとともに、互いに対向する一対の支持体６６にクレビス６７が固定される。したがって、減衰装置６１においては、２つの凸型摺動体６４と、１２個の板ばね６５と、一対の支持体６６と、クレビス６７とが、各部材間で固定されることで一体的に構成される。この一体的な構成に対して、凹型摺動体６３が、凸型摺動体６４との関係において相対的に摺動可能な状態で支持される。凸型摺動体６４を含む一体的な構成と凹型摺動体６３との相対的な移動の方向は、減衰装置６１の軸方向に対応する。
このように凹型摺動体６３を相対的に摺動可能に支持する凸型摺動体６４を含む一体的な構成は、凹型摺動体６３の移動をガイドする二つのガイド体６８，６９を有する。一方のガイド体６８は、凹型摺動体６３の支持板部６３ａを貫通させた状態で、凹型摺動体６３を移動可能に支持する。ガイド体６８は、囲繞形状を有する略四角柱状の部材であり、一対の支持体６６の間において、支持板部６３ａの外形に沿う孔部を形成し、その孔部に支持板部６３ａを貫通させる。
また、他方のガイド体６９は、凹型摺動体６３において支持板部６３ａが形成される側と反対側に形成される延設部６３ｂを貫通させた状態で、凹型摺動体６３を移動可能に支持する。延設部６３ｂは、凹型摺動体６３において、凸型摺動体６４に対する摺動面を形成する部分から、支持板部６３ａと反対側に、支持板部６３ａと同様に板状に形成される。したがって、ガイド体６９は、ガイド体６８と同様に構成され、延設部６３ｂの外形に沿う孔部を形成し、その孔部に延設部６３ｂを貫通させる。
このように凹型摺動体６３の移動をガイドするガイド体６８，６９は、一対の支持体６６に挟まれた状態で、例えばボルトや溶接等の適宜の方法により支持体６６に固定される。つまり、二つのガイド体６８，６９は、支持体６６に固定されることで、凹型摺動体６３に対して相対的に移動可能な一体的な構成に含まれる。
以上のような構成を備える減衰装置６１は、摺動体機構６２を構成する凹型摺動体６３および一対の凸型摺動体６４の相対的な摺動により、板ばね６５の付勢力に抗して摺動体機構６２の高さ（上下方向の寸法、以下同じ。）を変化させることで、板ばね６５からの摺動体押圧方向の付勢力を受ける。そして、減衰装置６１は、凹型摺動体６３および凸型摺動体６４の摺動体変位量の増加にともなって、摺動体機構６２の高さを増大させることで、板ばね６５から受ける摺動体押圧方向の付勢力を増加させる。これにより、減衰装置６１は、減衰力として作用する凹型摺動体６３および凸型摺動体６４の間で生じる摩擦力が摺動体変位量の増加にともなって比例的に増加するように構成される。
凹型摺動体６３および凸型摺動体６４により構成される摺動体機構６２の構造について、具体的に説明する。なお、上下に配置される一対の凸型摺動体６４は、凹型摺動体６３との関係において上下方向に対照に構成されるため、以下では、主に上側の凸型摺動体６４と凹型摺動体６３との関係についてのみ説明し、下側の凸型摺動体６４と凹型摺動体６３との関係については同じ符号を用いて適宜説明を省略する。また、以下の説明では、便宜上、凸型摺動体６４が凹型摺動体６３に対して往復摺動する方向を作動方向とし、その作動方向のうち一方の方向（図２７において右方、矢印Ｆ参照）を前方とし、同作動方向のうち他方の方向（同図において左方、矢印Ｒ参照）を後方とする。
図２７〜３３に示すように、摺動体機構６２は、第１実施形態の摺動体機構２と同様に、凹型摺動体６３および凸型摺動体６４が互いに対向する側の部分に凹凸形状部分を有し、この凹凸形状部分によって凹型摺動体６３および凸型摺動体６４を摺動可能に嵌合させる。したがって、摺動体機構６２は、凹凸形状部分として、凹型摺動体６３側に形成される溝部７１と、凸型摺動体６４側に形成される突部７２とを有する。
すなわち、本実施形態の減衰装置６１においては、凹型摺動体６３は、摺動する相手方の摺動体である凸型摺動体６４に対向する側の端部（面部）に溝部７１を有する。溝部７１は、凸型摺動体６４に対する相対的な往復摺動の方向（作動方向）に沿うととともに上側に開口し、作動方向視で凹形状となる。
凹型摺動体６３においては、溝部７１は、支持板部６３ａや延設部６３ｂ等の他の部分よりも上下方向の寸法が大きい摺動面形成部６３ｄにより形成される。つまり、摺動面形成部６３ｄは、凹型摺動体６３において支持板部６３ａや延設部６３ｂ等の他の部分よりも上下方向に突出した部分であり、摺動面形成部６３ｄの長手方向（減衰装置６１の軸方向）の両側において、上下方向の中途部から、支持板部６３ａおよび延設部６３ｂがそれぞれ摺動面形成部６３ｄの長手方向に沿って形成される。
溝部７１が形成される凹型摺動体６３の上側の面部には、溝部７１の開口側の端面である２箇所の溝端面７１ａと、溝部７１の底面である溝底面７１ｂとが形成される。２つの溝端面７１ａは、同一面上に位置するように形成される。また、２つの溝端面７１ａと、溝底面７１ｂとの間には、左右方向に互いに対向する内側側面７１ｃが形成される。互いに対向する内側側面７１ｃは、互いに略平行に形成される。
このように凸型摺動体６４に対向する側の面部に溝部７１を有する凹型摺動体６３は、上下の両面側に溝部７１を有し、これにより、軸方向視の断面形状として略Ｈ型の形状を有する（図２９参照）。
また、本実施形態の減衰装置６１においては、凸型摺動体６４は、摺動する相手方の摺動体である凹型摺動体６３に対向する側の端部（面部）に突部７２を有する。突部７２は、作動方向に沿うとともに下側に突出し、作動方向視で凸形状となる。
突部７２は、凸型摺動体６４の下端の面部において突起を下向きに突出させる部分である。したがって、凸型摺動体６４の下側の端部には、突部７２の基端面である２箇所の肩面７２ａと、突部７２の突出側の端面である突部端面７２ｂとが形成される。２つの肩面７２ａは、突部７２において突起が突出する面であり、同一面上に位置するように形成される。また、２つの肩面７２ａと、突部端面７２ｂとの間には、左右方向に互いに反対側を向く外側側面７２ｃが形成される。互いに反対側を向く外側側面７２ｃは、互いに略平行に形成される。
また、互いに摺動可能な状態で嵌合する溝部７１および突部７２は、溝部７１の溝の幅の寸法と、突部７２の突起の幅の寸法とが略同じとなるように形成される。つまり、溝部７１を形成する内側側面７１ｃ間の寸法と、突部７２を形成する外側側面７２ｃ間の寸法とが略同じとされる。
以上のように凹型摺動体６３と凸型摺動体６４とが溝部７１および突部７２によって互いに摺動可能に嵌合する構成において、第１実施形態の場合と同様に、凹型摺動体６３および凸型摺動体６４は、それぞれ２種類の摺動面を有する。
すなわち、２種類の摺動面のうち一方の種類の摺動面は、凸型摺動体６４が凹型摺動体６３に対して中立の位置よりも前方に位置する状態で互いに接触し、凸型摺動体６４の中立の位置からの前方への摺動による変位にともなって凸型摺動体６４を上昇させるように、前方へ向けて上り勾配を有する斜面（前方用摺動面）である。また、２種類の摺動面のうち他方の種類の摺動面は、凸型摺動体６４が凹型摺動体６３に対して中立の位置よりも後方に位置する状態で互いに接触し、凸型摺動体６４の中立の位置からの後方への摺動による変位にともなって凸型摺動体６４を上昇させるように、後方へ向けて上り勾配を有する斜面（後方用摺動面）である。
図２９〜３３に示すように、本実施形態では、第１実施形態と同様に、凹型摺動体６３においては、溝部７１を形成する溝端面７１ａが、前方用摺動面として用いられ、溝部７１を形成する溝底面７１ｂが、後方用摺動面として用いられる。また、凸型摺動体６４においては、突部７２を形成する肩面７２ａが、前方用摺動面として用いられ、突部７２を形成する突部端面７２ｂが、後方用摺動面として用いられる。このように、凹型摺動体６３および凸型摺動体６４は、それぞれ２面の前方用摺動面と、１面の後方用摺動面とを有する。
また、摺動体機構６２においては、凸型摺動体６４が摺動面形成部６３ｄに対して長手方向（前後方向）について中央に位置する状態が、凸型摺動体６４が凹型摺動体６３に対して中立の位置にある状態（中立状態）に対応する。そして、中立状態からの凸型摺動体６４の前方への移動過程、および中立状態からの凸型摺動体６４の後方への移動過程のそれぞれの過程において、前方用摺動面および後方用摺動面それぞれの勾配により、摺動体変位量の増加にともなって摺動体機構６２の高さが比例的に増大する。
したがって、中立状態からの凸型摺動体６４の前方移動時には、凹型摺動体６３および凸型摺動体６４の前方用摺動面同士のみ、つまり溝端面７１ａおよび肩面７２ａ同士のみが接触する。また、中立状態からの凸型摺動体６４の後方移動時には、凹型摺動体６３および凸型摺動体６４の後方用摺動面同士のみ、つまり溝底面７１ｂおよび突部端面７２ｂ同士のみが接触する。そして、中立状態においては、凹型摺動体６３および凸型摺動体６４の前方用摺動面同士、および後方用摺動面同士のいずれもが接触した状態となる。
本実施形態の減衰装置６１においては、第１実施形態と同様に、前方用摺動面である、凹型摺動体６３の溝端面７１ａ、および凸型摺動体６４の肩面７２ａが、それぞれ第１の摺動面として機能する。また、後方用摺動面である、凹型摺動体６３の溝底面７１ｂ、および凸型摺動体６４の突部端面７２ｂが、それぞれ第２の摺動面として機能する。
以上のように、本実施形態の減衰装置６１は、構造物に直接的にまたは間接的に固定され互いに対向した状態で相対的に往復摺動可能に設けられる摺動体として、１個の凹型摺動体６３と、この上下に配置される２個の凸型摺動体６４との計３個の摺動体を有する。つまり、摺動体機構６２としては、相対的に摺動可能に設けられる摺動体として少なくとも一対の摺動体を有するものであればよい。したがって、摺動体機構６２としては、例えば、上下方向に交互に配置される凹型摺動体および凸型摺動体を４個以上有する構成であってもよい。また、本実施形態では、摺動体機構６２は凹型摺動体６３の上下両側に凸型摺動体６４を有するが、上下一方の凸型摺動体６４を省略することもできる。また、摺動体機構６２における凹凸形状は、上下で逆であってもよい。
そして、本実施形態の減衰装置６１においては、摺動体機構６２は、相対的な往復摺動により伸縮可能に構成され、構造物の振動に対する減衰力を、相対的な往復摺動による伸縮方向に沿う軸力として作用させる。つまり、本実施形態の減衰装置６１は、凹型摺動体６３と凸型摺動体６４との相対的な摺動方向を軸方向とするとともに、その軸方向の両端側に、構造物に固定される第１支持部６１ａおよび第２支持部６１ｂを有することにより、軸力部材型の減衰装置として構成される。
本実施形態の減衰装置６１によれば、第１実施形態の減衰装置１と同様の効果が得られることに加え、次のような効果を得ることができる。本実施形態の減衰装置６１は、軸力部材型の減衰装置であるため、より高い汎用性を得ることができる。
具体的には、本実施形態の減衰装置６１は、軸方向の寸法の設定等により、一般的な住宅や各種プラントの配管の支持に容易に適用することができる。特に、プラントの配管は一般的な構造物に比べて複雑であるため、本実施形態の減衰装置６１が好適に用いられる。また、本実施形態の減衰装置６１は、軸方向の両端部の第１支持部６１ａおよび第２支持部６１ｂを固定することにより構造物に装着することができるので、既存の構造物に対しても容易に適用することができる。
本実施形態の減衰装置６１によれば、第１実施形態の減衰装置１との比較において、摺動面の数が２倍であることから、減衰性能が２倍となる。したがって、本実施形態の減衰装置６１について、第１実施形態の減衰装置１について説明した静的力学特性によれば、力の変位の関係と等価粘性減衰係数は、次式（３５）、（３６）、および（３７）により表わされる。
Ｈ＝２λ（Ｓｙｉ｜ｕｄ｜＋Ｖ０） ・・・（３５）
Figure 0005286487
Figure 0005286487
ここで、式（３５）は、第１実施形態において説明した式（７）に対応するものであり、力と相対変位の関係を表す。また、式（３６）は、第１実施形態において説明した式（１２）に対応するものであり、力と相対変位の関係を表す。また、式（３７）は、第１実施形態において説明した式（１５）に対応するものであり、等価粘性減衰係数を表す。
本発明の第２実施形態に係る減衰装置６１の適用例について説明する。図３４および図３５は、減衰装置６１を鉄骨ビルに適用した場合の配置の一例を示す。本適用例は、上述した第１実施形態の減衰装置１の適用例と同様に、上下の梁９０ａ，９０ｂと左右の柱９１ａ，９１ｂとにより形成される鉄骨枠組みへの減衰装置６１の適用例である。本適用例では、左右の柱９１ａ，９１ｂの間において、下側の梁９０ｂの上側における右側の１箇所に減衰装置６１が配置されている（図３４参照）。本適用例では、上述した第１実施形態の適用例と同様に、凹型摺動体６３と凸型摺動体６４との相対的な摺動方向（減衰装置６１の軸方向）が上下の梁９０ａ，９０ｂが配される方向に沿うように設けられる。
具体的には、下側の梁９０ｂ上において、減衰装置６１は、その軸方向が梁９０ｂの延設方向（左右方向）と略平行となるように設けられる。減衰装置６１の軸方向の一端部（３４において左側端部）に設けられる第１支持部６１ａは、下側の梁９０ｂ上に設けられる一対のガセット板９２を介して、鉄骨枠組み内に配される左右のブレース９３ａ，９３ｂにより構成されるＶ字ブレースに固定される。また、減衰装置６１の軸方向の他端部（図３４において右側端部）に設けられる第２支持部６１ｂは、下側の梁９０ｂ上に設けられる連結台９４に固定される。
一対のガセット板９２は、下側の梁９０ｂ上における左右略中央の位置に設けられる。Ｖ字ブレースを構成する左右の各ブレース９３ａ，９３ｂは、下端側が一対のガセット板９２間に固定され、ガセット板９２が位置する左右略中央の位置からそれぞれ左右の斜め上方に配される。左右の各ブレース９３ａ，９３ｂの上端は、上側の梁９０ａと左右の柱９１ａ，９１ｂとの各角部分において梁９０ａと各柱９１ａ，９１ｂとの間に設けられる支持板９５を介して固定される。つまり、本適用例では、減衰装置６１は、第１支持部６１ａが一対のガセット板９２を介して左右のブレース９３ａ，９３ｂから構成されるＶ字ブレースに支持され、第２支持部６１ｂが連結台９４に支持されることで、鉄骨枠組みに装着される。
減衰装置６１は、第１支持部６１ａおよび第２支持部６１ｂにおいて有する孔部６１ｃ，６１ｄ（図２７参照）の貫通方向が梁９０ａ，９０ｂの延設方向に直交する水平方向（図３４において紙面に垂直な方向）となるように配置される。そして、第１支持部６１ａは、一対のガセット板９２間に介装される支軸部９６に孔部６１ｃが用いられて支持板部６３ａが支持されることで、一対のガセット板９２に連結される。一方、第２支持部６１ｂは、連結台９４において起立した状態で設けられる支持板９４ａをクレビス６７の一対の支持板部６７ａにより挟んだ状態で、孔部６１ｄが用いられて支持板９４ａに支持板部６７ａが支持されることで、連結台９４に連結される。
また、本適用例においては、一対のガセット板９２間にストッパ９７が設けられている。ストッパ９７は、下側の梁９０ａの上側において突部として設けられる係止部９７ａを有する。係止部９７ａは、一対のガセット板９２の対向方向（図３５における上下方向）について一対のガセット板９２間の間隔と略同じ寸法を有し、一対のガセット板９２に略接触した状態で設けられる。
このように、本適用例では、鉄骨枠組みに対して、上下の梁９０ａ，９０ｂが左右の水平方向にずれる方向と減衰装置６１の作動方向とが一致するように、Ｖ字ブレースを介して減衰装置６１が装着される。これにより、鉄骨枠組みにおいて左右の水平方向についての減衰効果が得られる。
また、上下の梁９０ａ，９０ｂについては、梁９０ａ，９０ｂの延設方向に直交する水平方向（図３４において紙面に垂直な方向）のずれが生じる場合があるが、この場合であっても、ストッパ９７の係止部９７ａが一対のガセット板９２の移動を規制することで、減衰装置６１の逸脱が防止される。なお、梁９０ａ，９０ｂの延設方向に直交する水平方向のずれに対しては、減衰装置６１の両端部の第１支持部６１ａおよび第２支持部６１ｂを球座として構成することで吸収することもできる。また、本適用例において、減衰装置６１に連結されるＶ字ブレースは、耐力壁（反力壁）で代替可能である。また、本適用例は、鉄骨ビルのほか、コンクリートビルや鉄骨・コンクリートビルや木造建築物等にも同様に適用可能である。
本発明の第２実施形態に係る減衰装置６１の他の適用例について説明する。図３６および図３７は、減衰装置６１を免震橋梁に適用した場合の配置の一例を示す。図３６および図３７に示すように、免震橋梁においては、橋脚９８の上に、免震支承９９を介して橋桁１００が支持される。免震橋梁において、橋桁１００は、橋軸方向（図３６において上下方向）および橋軸直角方向（同図において左右方向）に移動する。つまり、免震橋梁においては、橋桁１００は、主に橋脚９８上に支持された高さ位置における水平方向の平面内で移動する。
図３６および図３７に示すように、本適用例では、２本の減衰装置６１が組み合わされている。各減衰装置６１の一端側の支持部（本適用例では第１支持部６１ａ）は、橋脚９８の上側に支持され、各減衰装置６１の他端側の支持部（本適用例では第２支持部６１ｂ）は、橋脚９８上に免震支承９９を介して支持される橋桁１００の下側に支持される。
具体的には、各減衰装置６１の第１支持部６１ａは、橋脚９８の上面９８ａにおいて免震支承９９の周囲に設けられる連結台１０１，１０２により支持される。また、２本の減衰装置６１の第２支持部６１ｂは、いずれも橋桁１００の下面１００ａに設けられる連結台１０３に支持される。各連結台１０１，１０２，１０３において、各減衰装置６１の第１支持部６１ａおよび第２支持部６１ｂは、孔部６１ｃ，６１ｄ（図２７参照）が用いられて回動可能に支持される。したがって、２本の減衰装置６１の第２支持部６１ｂ同士は、連結台１０３において同軸で回動可能に支持される。そして、本適用例では、第１支持部６１ａが橋脚９８上の異なる２箇所（連結台１０１，１０２）で支持されるとともに、第２支持部６１ｂが橋桁１００の下面の共通の１箇所（連結台１０３）で支持される２本の減衰装置６１は、平面視でＶ字状に配置される（図３６参照）。
本適用例においては、Ｖ字状に配置される２本の減衰装置６１の組み合わせにより、橋桁１００が移動する水平方向の平面内の任意の方向について対応することができ、各方向について減衰効果が得られる。なお、減衰装置６１の両端部の第１支持部６１ａおよび第２支持部６１ｂを球座として構成することで、各減衰装置６１を上下方向に傾けることができ、橋桁１００の上下の動きを考慮した減衰効果を得ることもできる。
本発明の第２実施形態に係る減衰装置６１の他の適用例について説明する。図３８は、減衰装置６１を木造住宅に適用した場合の配置の一例を示す。図３８に示すように、本例に係る木造住宅は、互いに平行に水平方向に配される上下の梁１０５ａ，１０５ｂと、互いに平行に上下方向に配される３本の柱１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃとにより形成される枠組み構造（以下「木造枠組み」という。）を有する。
図３８に示すように、本適用例は、木造住宅において、減衰装置６１が斜材として利用される場合（図３８における左側の減衰装置６１参照）と、減衰装置６１が耐力壁（反力壁）１１０と併用して利用される場合（同図における右側の減衰装置６１参照）とについての例である。
図３８に示すように、斜材として利用される減衰装置６１は、上下の梁１０５ａ，１０５ｂと隣り合う一対の柱１０６ａ，１０６ｂとにより囲まれる部分において対角状に配されるロッド１０７に連結された状態で、木造枠組みに装着される。減衰装置６１は、その軸方向がロッド１０７の長手方向に沿うように、ロッド１０７の一端側に連結される。本適用例では、減衰装置６１の第１支持部６１ａがロッド１０７の一端部にボルト等によって固定されることで、減衰装置６１とロッド１０７とが連結される。
減衰装置６１とロッド１０７との連結体は、上下の梁１０５ａ，１０５ｂと隣り合う一対の柱１０６ａ，１０６ｂとにより囲まれる部分において、図３８において左側の柱１０６ａ側が上、中央の柱１０６ｂ側が下となるように、かつ、減衰装置６１側が下側となるように、対角線状に配される。減衰装置６１とロッド１０７との連結体の両端部は、それぞれ木造枠組みに対して連結板１０８，１０９を介して支持される。
上側の連結板１０８は、上側の梁１０５ａと左側の柱１０６ａとの角部分において梁１０５ａと柱１０６ａとの間に設けられ、減衰装置６１とロッド１０７との連結体の上端部、つまりロッド１０７の上端部を支持する。また、下側の連結板１０９は、下側の梁１０５ｂと中央の柱１０６ｂとの角部分において梁１０５ｂと柱１０６ｂとの間に設けられ、減衰装置６１とロッド１０７との連結体の下端部、つまり減衰装置６１の第２支持部６１ｂを支持する。
このように、木造枠組みにおいて減衰装置６１が斜材として利用される構成においては、上下の梁１０５ａ，１０５ｂが左右の水平方向にずれることについて、斜めに配されるロッド１０７を介して減衰装置６１による減衰効果が得られる。
また、図３８に示すように、耐力壁（反力壁）１１０と併用して利用される減衰装置６１は、中央の柱１０６ｂと図３８において右側の柱１０６ｃとの間において下側の梁１０５ｂ上に設けられる耐力壁１１０と、上側の梁１０５ａとの間に配置される。減衰装置６１は、その軸方向が梁１０５ａと略平行となるように設けられる。
本適用例では、減衰装置６１の第１支持部６１ａが、上側の梁１０５ａの下面に設けられる連結板１１１を介して上側の梁１０５ａに支持される。また、減衰装置６１の第２支持部６１ｂが、耐力壁１１０の上面に設けられる連結板１１２を介して耐力壁１１０に支持される。
このように、木造枠組みにおいて減衰装置６１が耐力壁１１０と併用して利用される構成においては、上下の梁１０５ａ，１０５ｂが左右の水平方向にずれることについて、下側の梁１０５ｂ上に設置される耐力壁１１０を介して、減衰装置６１による減衰効果が得られる。
以上のように、軸力部材型の減衰装置として構成される本実施形態の減衰装置６１は、鉄骨ビルやコンクリートビルをはじめ、木造建築物や免震橋梁等の様々な構造物に適用することができ、高い汎用性を有する。また、本実施形態の減衰装置６１は、上述した適用例に示すように、連結台や連結板等を構造物に設けることによって容易に装着することができるので、既存の構造物に対しても容易に適用することができる。
本発明の第３実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と重複する内容については適宜説明を省略する。図３９に示すように、本実施形態に係る減衰装置３０１は、第２実施形態の減衰装置６１と同様に全体として軸状に構成され、その軸方向を、減衰力を作用させる方向とする。すなわち、本実施形態の減衰装置３０１は、軸力部材型の減衰装置であり、軸方向について付勢された状態で伸縮可能に構成され、その伸縮動作をともなって、軸方向に減衰力を作用させる。そして、第１実施形態の減衰装置６１が凹型摺動体と凸型摺動体とによる凹凸形状の組み合わせを互いに反対側となる両面側に有する構成であるのに対し、本実施形態の減衰装置３０１は、凹型摺動体と凸型摺動体とによる凹凸形状の組み合わせを一側のみに有する構成を採用する。
減衰装置３０１は、その軸方向の両端部に、構造物に固定ないし連結される部分である支持部（３０１ａ、３０１ｂ）を有する。本実施形態では、一方（図３９において左側）の支持部を「第１支持部３０１ａ」とし、他方（同図において右側）の支持部を第２支持部３０１ｂとする。
図３９〜４２に示すように、減衰装置３０１は、凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４を有する凹凸摺動体機構３０２と、一対の平板摺動体（３０６，３０７）を有する平面摺動体機構３０５と、中央軸力材３０８と、凹凸側支持板３０９と、平面側支持板３１０と、一対の側方軸力材３１１と、一対の板ばね３１２とを備える。本実施形態の減衰装置３０１は、第１実施形態と同様に摺動型の減衰装置であり、凹型摺動体３０３と凸型摺動体３０４とが相対的に摺動することによって生じる摩擦力、および一対の平板摺動体（３０６，３０７）同士が相対的に摺動することによって生じる摩擦力を減衰力とし、これらの摩擦力が摺動体同士の相対的な変位の絶対値に比例して増加する構成を備える。
本実施形態において、凹凸摺動体機構３０２を構成する凹型摺動体３０３と凸型摺動体３０４とは、互いに対向した状態で相対的に往復摺動可能に設けられる一対の摺動体である。具体的には、図４１、図４２、図４４、図４５等に示すように、凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４は、いずれも全体として略矩形板状の外形を有し、一側の板面部に、凹型形状を有する部分または凸型形状を有する部分が設けられる。そして、凹型摺動体３０３と凸型摺動体３０４とは、凹型形状を有する部分と凸型形状を有する部分とを互いに対向させ、凹凸嵌合した状態で設けられる。
したがって、凹型摺動体３０３と凸型摺動体３０４とは、互いに対向して凹凸嵌合した状態で、相対的に摺動可能に設けられる。いずれも略矩形板状の外形を有する凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４は、それぞれの長手方向を相手方の摺動体に対する相対的な摺動方向としながら互いの一側の面部同士を対向させた状態で相対的に摺動可能に設けられる。つまり、凹型摺動体３０３においては、凹型形状を有する部分に摺動面が設けられ、凸型摺動体３０４においては、凸形状を有する部分に摺動面が形成され、凹型摺動体３０３と凸型摺動体３０４とは、互いの摺動面同士を対向させた状態で設けられる。凹型摺動体３０３と凸型摺動体３０４との摺動方向は、減衰装置３０１の軸方向に対応する。
このように、本実施形態の凹凸摺動体機構３０２は、１つの凹型摺動体３０３と、１つの凸型摺動体３０４とから構成される。なお、本実施形態では、凹型摺動体３０３と凸型摺動体３０４とが互いに対向する方向（図４１における上下方向）を減衰装置３０１における上下方向とし、凹型摺動体３０３側を上側、その反対側となる凸型摺動体３０４側を下側とする。また、本実施形態では、減衰装置３０１の軸方向視で凹型摺動体３０３と凸型摺動体３０４とが対向する方向に直交する方向（図４１における左右方向）を減衰装置３０１における左右方向とする。
平面摺動体機構３０５を構成する一対の平板摺動体としての内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７は、凹凸摺動体機構３０２を構成する凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４と同様に、互いに対向した状態で相対的に往復摺動可能に設けられる一対の摺動体である。ただし、平面摺動体機構３０５は、凹凸摺動体機構３０２と異なり、互いの摺動面を平面とし、平面同士を接触させた状態で設けられる。
具体的には、図４１、図４２、図４６、図４７等に示すように、内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７は、いずれも全体として略矩形板状の外形を有し、一側の板面部に、相手方に対する摺動面としての平面を形成する部分が設けられる。そして、内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７は、摺動面を互いに対向させ、摺動面同士を接触させた状態で設けられる。
したがって、内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７は、互いに対向して接触した状態で、相対的に摺動可能に設けられる。いずれも略矩形板状の外形を有する内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７は、それぞれの長手方向を相手方の摺動体に対する相対的な摺動方向としながら互いの一側の面部同士を対向させた状態で相対的に摺動可能に設けられる。つまり、内側平板摺動体３０６と外側平板摺動体３０７とは、互いの摺動面同士を対向させた状態で設けられる。内側平板摺動体３０６と外側平板摺動体３０７との摺動方向は、減衰装置３０１の軸方向に対応する。
凹凸摺動体機構３０２と平面摺動体機構３０５とは、中央軸力材３０８を介して上下に配置される。図４２等に示すように、中央軸力材３０８は、細長い略矩形板状の部材であり、その長手方向が減衰装置３０１の軸方向に沿うように設けられる。中央軸力材３０８の一方の板面側である上側の板面側に、凹凸摺動体機構３０２が設けられ、他方の板面側である下側の板面側に、平面摺動体機構３０５が設けられる。このように、凹凸摺動体機構３０２と平面摺動体機構３０５とは、中央軸力材３０８を上下方向に挟んだ状態で設けられる。
凹凸摺動体機構３０２は、凸型摺動体３０４を中央軸力材３０８に固定させた状態で設けられる。凸型摺動体３０４は、凹型摺動体３０３に嵌合する凸型形状を有する側と反対側の板面を、中央軸力材３０８の上面に接触させた状態で固定される。凸型摺動体３０４は、中央軸力材３０８に対して固定されるための固定孔３０４ａを有する。つまり、凸型摺動体３０４は、固定孔３０４ａが用いられ、ボルト等の締結具によって中央軸力材３０８に固定される。本実施形態では、固定孔３０４ａは、凸型摺動体３０４の長手方向の両端側において、短手方向の辺に沿って３箇所ずつ、計６箇所に設けられている。固定孔３０４ａが設けられる凸型摺動体３０４の長手方向の両端部は、他の部分よりも板厚が薄く形成されている。
平面摺動体機構３０５は、内側平板摺動体３０６を中央軸力材３０８に固定させた状態で設けられる。内側平板摺動体３０６は、外側平板摺動体３０７に接触する摺動面を有する側と反対側の板面を、中央軸力材３０８の下面に接触させた状態で固定される。内側平板摺動体３０６は、中央軸力材３０８に対して固定されるための固定孔３０６ａを有する。つまり、内側平板摺動体３０６は、固定孔３０６ａが用いられ、ボルト等の締結具によって中央軸力材３０８に固定される。本実施形態では、固定孔３０６ａは、内側平板摺動体３０６の長手方向の両端側において、短手方向の辺に沿って３箇所ずつ、計６箇所に設けられている。固定孔３０６ａが設けられる内側平板摺動体３０６の長手方向の両端部は、他の部分よりも板厚が薄く形成されている。
このように、中央軸力材３０８と、この両側に設けられる凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５とにより、図４２に示すような摺動機構３１３が構成される。本実施形態では、図４４、図４５等に示すように、凹凸摺動体機構３０２において、凸型摺動体３０４の方が、凹型摺動体３０３よりも長手方向の寸法が長い。また、図４６、図４７等に示すように、平面摺動体機構３０５において、内側平板摺動体３０６の方が、外側平板摺動体３０７よりも長手方向の寸法が長い。そして、図４２に示すように、中央軸力材３０８は、凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５に対して長手方向の寸法が数倍程度長く、中央軸力材３０８の長手方向の略中央部に、凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５が設けられる。つまり、凹凸摺動体機構３０２と平面摺動体機構３０５とは、中央軸力材３０８に対して、互いに反対側の板面に、中央軸力材３０８の長手方向について略中央部の略同じ位置に設けられる。
凹凸摺動体機構３０２を構成する凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４、平面摺動体機構３０５を構成する内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７、ならびに中央軸力材３０８は、いずれも略矩形板状の外形を有するとともに、略同じ幅（左右方向の寸法、以下本実施形態において同じ。）を有する。このため、凹凸摺動体機構３０２、平面摺動体機構３０５、および中央軸力材３０８からなる摺動機構３１３においてこれらが上下に重なる部分は、図４１に示すように、減衰装置３０１の軸方向での断面視において、略矩形状の外形を有する。
図４１に示すように、減衰装置３０１を構成する摺動機構３１３は、凹凸側支持板３０９と平面側支持板３１０とによって上下から挟まれる。したがって、凹凸摺動体機構３０２は、凹凸側支持板３０９と中央軸力材３０８とによって上下から挟まれた状態で設けられ、平面摺動体機構３０５は、中央軸力材３０８と平面側支持板３１０とによって上下から挟まれた状態で設けられる。図３９から図４１に示すように、凹凸側支持板３０９および平面側支持板３１０は、減衰装置３０１において摺動機構３１３を支持する支持体として機能する。凹凸側支持板３０９および平面側支持板３１０は、いずれも矩形板状の部材であり、略同じ幅を有する。
凹凸摺動体機構３０２を構成する凹型摺動体３０３は、凹凸側支持板３０９に固定される。凹型摺動体３０３は、凸型摺動体３０４に嵌合する凹型形状を有する側と反対側の板面を、凹凸側支持板３０９の下面に接触させた状態で固定される。図３９、図４０、図４４、図４５等に示すように、凹型摺動体３０３は、凹凸側支持板３０９に対して固定されるための雌ねじ部３０３ａを有し、凹凸側支持板３０９は、凹型摺動体３０３の雌ねじ部３０３ａに対応して設けられる固定孔３０９ａを有する。つまり、ボルト等の締結具が凹凸側支持板３０９の固定孔３０９ａを貫通して凹型摺動体３０３の雌ねじ部３０３ａにねじ込まれることにより、凹型摺動体３０３が凹凸側支持板３０９に固定される。本実施形態では、雌ねじ部３０３ａおよび固定孔３０９ａは、凹型摺動体３０３および凹凸側支持板３０９の各部材において左右方向の両側で各部材の長手方向に沿って４箇所ずつ、計８箇所に設けられている。
平面摺動体機構３０５を構成する外側平板摺動体３０７は、平面側支持板３１０に固定される。外側平板摺動体３０７は、内側平板摺動体３０６に接触する摺動面を有する側と反対側の板面を、平面側支持板３１０の上面に接触させた状態で固定される。図４０、図４６、図４７等に示すように外側平板摺動体３０７は、平面側支持板３１０に対して固定されるための雌ねじ部３０７ａを有し、平面側支持板３１０は、外側平板摺動体３０７の雌ねじ部３０７ａに対応して設けられる固定孔３１０ａを有する。つまり、ボルト等の締結具が平面側支持板３１０の固定孔３１０ａを貫通して外側平板摺動体３０７の雌ねじ部３０７ａにねじ込まれることにより、外側平板摺動体３０７が平面側支持板３１０に固定される。本実施形態では、雌ねじ部３０７ａおよび固定孔３１０ａは、外側平板摺動体３０７および平面側支持板３１０の各部材において左右方向の両側で各部材の長手方向に沿って４箇所ずつ、計８箇所に設けられている。
一対の側方軸力材３１１は、摺動機構３１３（図４２）に対して左右両側に設けられる。一対の側方軸力材３１１は、減衰装置３０１において摺動機構３１３を支持する支持体として機能する。側方軸力材３１１は、短冊形の板状部材であり、摺動機構３１３を左右方向の両側から挟む位置に設けられる。つまり、一対の側方軸力材３１１は、摺動機構３１３を間に介して互いの板面を左右方向に対向させた状態で設けられる。なお、一対の側方軸力材３１１は、摺動機構３１３の左右両側面部との間に若干の隙間を隔てた状態で設けられる（図４１参照）。
図４１に示すように、摺動機構３１３は、その上下に配置される凹凸側支持板３０９および平面側支持板３１０、ならびに左右に配置される一対の側方軸力材３１１によって、上下と左右の四方が囲まれる。ただし、図３９、図４０等に示すように、凹凸側支持板３０９および平面側支持板３１０は、長手方向の寸法が側方軸力材３１１の全長の数分の１程度であり、摺動機構３１３は、長手方向についてその一部分が凹凸側支持板３０９、平面側支持板３１０、および一対の側方軸力材３１１によって四方を囲まれる。具体的には、摺動機構３１３において、凹凸側支持板３０９および平面側支持板３１０がそれぞれ固定される凹型摺動体３０３および外側平板摺動体３０７が位置する部分、つまり凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５が配置される部分が、凹凸側支持板３０９、平面側支持板３１０、および一対の側方軸力材３１１によって四方を囲まれる。
一対の側方軸力材３１１は、上記のように側方軸力材３１１を左右から挟む状態で、摺動機構３１３の下側に配置される平面側支持板３１０に固定される。一対の側方軸力材３１１は、平面側支持板３１０の上面部における左右両側の端部に配置され平面側支持板３１０の長手方向の辺部に沿う状態で、平面側支持板３１０に固定される。一対の側方軸力材３１１と平面側支持板３１０とは、図４３に示すように、平面側支持板３１０の下側から平面側支持板３１０を貫通して側方軸力材３１１にねじ込まれるボルト３１４によって固定される。ボルト３１４による固定部は、例えば、平面側支持板３１０の長手方向の辺に沿って左右両側に各４箇所ずつ、計８箇所に設けられる。
一対の板ばね３１２は、摺動機構３１３およびこれを四方から囲む凹凸側支持板３０９、平面側支持板３１０、および一対の側方軸力材３１１を含む構成に対して左右両側に配置される。板ばね３１２は、略Ｕ字型の板ばねであり、一端側が側方軸力材３１１に固定され、他端側が凹凸側支持板３０９に固定される。
図４１、図４３、図４８に示すように、板ばね３１２は、平板状の固定部３１５，３１６を有するとともに、これらの固定部３１５，３１６の間に、湾曲形状を有する板状の板ばね部３１７を有する。一方の固定部３１５は、Ｕ字状の板ばね部３１７の一端側において板ばね部３１７に対して略垂直に外側に折り曲げられた部分である。他方の固定部３１６は、Ｕ字状の板ばね部３１７の他端側において板ばね部３１７の端部がそのまま延長された部分である。
したがって、板ばね３１２の一方の固定部３１５と他方の固定部３１６とは、互いに略垂直な面に沿う。そして、図４１、図４３等に示すように、板ばね３１２は、板ばね部３１７に対して屈曲した方の固定部３１５を側方軸力材３１１の外側面３１１ａに沿わせ、板ばね部３１７に対して真っすぐな方の固定部３１６を凹凸側支持板３０９の上面３０９ｂに沿わせた状態で、側方軸力材３１１および凹凸側支持板３０９に対して固定される。
つまり、側方軸力材３１１の外側面３１１ａと凹凸側支持板３０９の上面３０９ｂとは互いに略垂直な関係にあり、側方軸力材３１１に対しては外側面３１１ａ側から一方の固定部３１５が固定され、凹凸側支持板３０９に対しては上面３０９ｂ側から他方の固定部３１６が固定されることで、板ばね３１２が側方軸力材３１１および凹凸側支持板３０９に固定される。
図４３に示すように、一方の固定部３１５は、側方軸力材３１１の左右方向の外側から固定部３１５を貫通して側方軸力材３１１にねじ込まれるボルト３１８によって固定される。また、他方の固定部３１６は、凹凸側支持板３０９の上側から固定部３１６を貫通して凹凸側支持板３０９にねじ込まれるボルト３１９によって固定される。このため、板ばね３１２の各固定部３１５，３１６には、ボルト３１８，３１９を貫通させるためのボルト孔３１５ａ，３１６ａが設けられている（図４８参照）。本実施形態では、各固定部３１５，３１６は、側方軸力材３１１や凹凸側支持板３０９の長手方向に沿って配置される４箇所で、ボルト３１８，３１９によって固定される。
このように、減衰装置３０１において左右両側に配置される一対の板ばね３１２は、略Ｕ字型の形状の開口側を互いに左右方向に対向させた状態で、それぞれ側方軸力材３１１および凹凸側支持板３０９に対して固定される。つまり、一対の板ばね３１２により、凹凸側支持板３０９と一対の側方軸力材３１１とが一体的に連結される。
このように、本実施形態の減衰装置３０１が備える板ばね３１２においては、側方軸力材３１１に固定される一方の固定部３１５、および凹凸側支持板３０９に固定される他方の固定部３１６は、一対の構造物側固定部として機能する。また、板ばね３１２は、一対の固定部３１５，３１６の間に、弾性変形可能な湾曲板状の部分である板ばね部３１７を有する。つまり、本実施形態における板ばね３１２は、構造物側固定部としての一対の固定部３１５，３１６と、一対の固定部３１５，３１６の間に形成され、弾性変形可能な湾曲板状の板ばね部３１７とを有する。
そして、本実施形態では、板ばね３１２は、凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４からなる凹凸摺動体機構３０２、および内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７からなる平面摺動体機構３０５を、上下方向に押圧付勢する。つまり、板ばね３１２は、相対的に往復摺動する凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４同士が互いに対向する方向に押し付けられる方向（摺動体押圧方向）の付勢力を、凹凸摺動体機構３０２に作用させるとともに、相対的に往復摺動する内側平板摺動体３０６および内側平板摺動体３０６同士が互いに対向する方向に押し付けられる方向の付勢力を、平面摺動体機構３０５に作用させる。
具体的には、板ばね３１２は、摺動機構３１３を上下から挟む凹凸側支持板３０９および平面側支持板３１０に対して、上側の固定部３１６により凹凸側支持板３０９に固定され、下側の固定部３１５により側方軸力材３１１を介して平面側支持板３１０に固定される。ここで、板ばね３１２の一方の固定部３１５は、上記のとおりボルト３１８によって、平面側支持板３１０に固定される側方軸力材３１１に固定されることで、側方軸力材３１１を介して間接的に平面側支持板３１０に固定される。
このように、板ばね３１２は、摺動機構３１３を上下から挟む凹凸側支持板３０９および平面側支持板３１０に対して、直接的にまたは間接的に固定されることで、板ばね部３１７によって主に上下方向に圧縮力（付勢力）を発生させる。つまり、板ばね３１２は、その弾性によって、凹凸側支持板３０９を上側から押さえ付けるとともに、側方軸力材３１１を介して平面側支持板３１０を上側に持ち上げるような力を作用させる。
こうした板ばね３１２の作用により、中央軸力材３０８を介して凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５を上下に配置させる摺動機構３１３を上下から挟む凹凸側支持板３０９および平面側支持板３１０が、互いに近付く方向の付勢力を受ける。これにより、凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５において、各摺動体機構を構成する一対の摺動体は、互いに対向する方向に押し付けられるような力を受ける。このように、本実施形態の減衰装置３０１においては、板ばね３１２が、凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５を、摺動体押圧方向に付勢する付勢手段として機能する。
以上のような構成を備える減衰装置３０１においては、上下方向に対向する凹凸側支持板３０９および平面側支持板３１０と、左右方向に対向する一対の側方軸力材３１１と、左右両側に配置される一対の板ばね３１２とにより、減衰装置３０１の軸方向視で枠状となる一体的な付勢機構３２０が構成される（図４３参照）。つまり、付勢機構３２０は、凹凸側支持板３０９、平面側支持板３１０、一対の側方軸力材３１１、および一対の板ばね３１２が、ボルト３１４，３１８，３１９によって各部材間で連結固定された構造である。この付勢機構３２０に対して、摺動機構３１３が挿入された状態で設けられる。
そして、摺動機構３１３を構成する部材のうち、最も上側に位置する凹凸摺動体機構３０２の凹型摺動体３０３が、付勢機構３２０を構成する凹凸側支持板３０９に固定される。また、摺動機構３１３を構成する部材のうち、最も下側に位置する平面摺動体機構３０５の外側平板摺動体３０７が、付勢機構３２０を構成する平面側支持板３１０に固定される。
したがって、本実施形態の減衰装置３０１においては、付勢機構３２０と、付勢機構３２０の凹凸側支持板３０９に固定される凹型摺動体３０３と、付勢機構３２０の平面側支持板３１０に固定される外側平板摺動体３０７とを含む構成が、凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５の摺動動作をともなって一体的に移動する。これに対し、摺動機構３１３のうち付勢機構３２０側に固定される凹型摺動体３０３および外側平板摺動体３０７を除く構成が、凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５の摺動動作をともなって一体的に移動する。つまり、付勢機構３２０、凹型摺動体３０３、および外側平板摺動体３０７を含む構成と、摺動機構３１３のうち凹型摺動体３０３および外側平板摺動体３０７を除いた構成との各構成が、それぞれ一体的な構造となる。
凹凸摺動体機構３０２を構成する凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４は、それぞれ構造物に間接的に固定される。本実施形態では、凹型摺動体３０３は、凹凸側支持板３０９、一対の板ばね３１２、および一対の側方軸力材３１１を介して構造物に固定され、凸型摺動体３０４は、中央軸力材３０８を介して構造物に固定される。具体的には次のとおりである。
まず、凸型摺動体３０４について説明する。凸型摺動体３０４は、上述したように中央軸力材３０８の上側の面に固定される。細長い略矩形板状の部材である中央軸力材３０８は、その一端側が、一対の側方軸力材３１１よりも減衰装置３０１の軸方向の一端側に突出した状態で設けられる。中央軸力材３０８の側方軸力材３１１から突出する部分は、上述したように減衰装置３０１の軸方向の端部に設けられる第１支持部３０１ａを構成する部分である。つまり、減衰装置３０１においては、中央軸力材３０８が、構造物に固定される第１支持部３０１ａを構成する。
このため、図３９、図４２に示すように、中央軸力材３０８における側方軸力材３１１からの突出側の端部には、構造物に対する固定用ないし連結用の孔部３０１ｃが設けられている。孔部３０１ｃは、ボルト等の固定具を挿入させるためのものであり、板状の中央軸力材３０８を貫通するように形成される。このように、本実施形態の減衰装置３０１では、凹凸摺動体機構３０２を構成する凸型摺動体３０４は、中央軸力材３０８によって構造物に間接的に固定される。
一方、図３９、図４０に示すように、減衰装置３０１においては、中央軸力材３０８が突出する側と反対側に突出する部分を構成する連結板３２１が設けられる。連結板３２１は、全体として略矩形厚板状の外形を有する部材であり、その板厚方向が上下方向となるように、減衰装置３０１の軸方向の他端部において、一対の側方軸力材３１１に挟まれた状態で固定される。
連結板３２１は、その長手方向の一側の端部を一対の側方軸力材３１１よりも減衰装置６１の軸方向の他端側に突出させた状態で、一対の側方軸力材３１１間にて固定される。なお、連結板３２１は、一対の側方軸力材３１１に挟まれた状態で、例えばボルトや溶接等の適宜の方法により側方軸力材３１１に固定される。
連結板３２１は、上述したように減衰装置３０１の軸方向の端部に設けられる第２支持部３０１ｂを構成する部分である。このため、図３９、図４０に示すように、連結板３２１における側方軸力材３１１からの突出側の端部には、構造物に対する固定用の孔部３０１ｄが設けられている。孔部３０１ｄは、ボルト等の固定具を挿入させるためのものであり、板状の連結板３２１を上下方向に貫通するように形成される。このように、本実施形態の減衰装置３０１では、凹型摺動体３０３は、凹凸側支持板３０９、一対の板ばね３１２、一対の側方軸力材３１１、および連結板３２１を介して構造物に間接的に固定される。
平面摺動体機構３０５を構成する内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７についても、凹凸摺動体機構３０２を構成する凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４と同様に、それぞれ構造物に間接的に固定される。すなわち、内側平板摺動体３０６は、中央軸力材３０８を介して構造物に間接的に固定され、外側平板摺動体３０７は、平面側支持板３１０、一対の側方軸力材３１１、および連結板３２１を介して構造物に間接的に固定される。
このような構造物に対する固定構造を有する減衰装置３０１においては、上記のとおり構造物側固定部として機能する一対の固定部３１５，３１６は、次のように、構造物に間接的に固定される。すなわち、本実施形態では、上述したように板ばね３１２は一体的な付勢機構３２０の構成部材であり、板ばね３１２そのものが側方軸力材３１１および連結板３２１を介して構造物に固定されることから、一対の固定部３１５，３１６は構造物に間接的に固定される。
以上のような構成を備える減衰装置３０１においては、上述したように凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５の摺動動作をともなって一体的に移動する２つの構成のうち、中央軸力材３０８を含む方の構成は、第１支持部３０１ａにおいて構造物に連結され、一対の側方軸力材３１１を含む方の構成は、第２支持部３０１ｂにおいて構造物に連結される。これら２つの一体的な構成の相対的な移動の方向は、減衰装置３０１の軸方向に対応する。以下の説明では、上記のとおり一体的に移動する２つの構成のうち、凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５を支持する中央軸力材３０８を含む方の構成を「摺動体側構造体」とし、付勢機構３２０を含む方の構成を「付勢機構側構造体」とする。
図３９に示すように、付勢機構側構造体は、摺動体側構造体の移動をガイドするガイド部３２２を有する。本実施形態では、２箇所にガイド部３２２が設けられている。２箇所のガイド部３２２は、付勢機構３２０において、一対の板ばね３１２が設けられる部分に対して減衰装置３０１の軸方向の両側に配置される。
一方のガイド部３２２は、一対の側方軸力材３１１間において中央軸力材３０８が突出する側の端部に設けられ、他方のガイド部３２２は、一対の側方軸力材３１１間において一対の板ばね３１２と連結板３２１との間に設けられる。そして、２箇所のガイド部３２２は、長手方向の略中央部に凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５が設けられる中央軸力材３０８の長手方向の両側をそれぞれ挿入させた状態で、中央軸力材３０８を作動方向に平行になるように支持し、摺動体側構造体の移動をガイドする。
図３９および図４０に示すように、ガイド部３２２は、一対の側方軸力材３１１間に架設されるとともに上下方向に互いに対向する一対の支材３２３により構成される。支材３２３は、矩形板状の部材であり、板面が上下を向く姿勢で、一対の側方軸力材３１１間に挟まれた状態で固定される。一対の支材３２３は、一対の側方軸力材３１１とともに、減衰装置３０１の軸方向視で枠状となる部分を構成する。支材３２３は、一対の側方軸力材３１１に挟まれた状態で、例えばボルトや溶接等の適宜の方法により側方軸力材３１１に固定される。つまり、ガイド部３２２を構成する一対の支材３２３は、側方軸力材３１１に固定されることで、一体的な構成としての付勢機構側構造体に含まれる。
また、図４０に示すように、ガイド部３２２は、上下方向に対向する一対のスライド板３２４と、左右方向に対向する一対のスライド板３２５とを有する。上下方向に対向する一対のスライド板３２４は、上下方向に対向する一対の支材３２３の互いの対向面に設けられる。つまり、一方のスライド板３２４は、上側の支材３２３の下面に設けられ、他方のスライド板３２４は、下側の支材３２３の上面に設けられる。左右方向に対向する一対のスライド板３２５は、左右方向に対向する一対の側方軸力材３１１の互いの対向面に設けられる。つまり、各スライド板３２５は、側方軸力材３１１の内側の面に設けられる。
上下のスライド板３２４および左右のスライド板３２５は、いずれも矩形板状の部材であり、ガイド部３２２に挿入される中央軸力材３０８に対して接触する。これら上下および左右のスライド板３２４，３２５は、中央軸力材３０８を、作動方向については可動とし、作動方向に対して垂直な面に沿う方向については固定させるための部材である。各スライド板３２４，３２５は、例えばボルトや溶接等の適宜の方法により支材３２３または側方軸力材３１１に固定される。
このように一対の支材３２３によって一対の側方軸力材３１１とともに構成されるガイド部３２２に、中央軸力材３０８が挿入される。したがって、２箇所に設けられるガイド部３２２は、付勢機構側構造体において、摺動体側構造体の中央軸力材３０８の部分を収め入れる鞘構造として機能する。
なお、図４０においては、内部の構造を分かりやすくするために、ガイド部３２２を構成する上側の支材３２３を、本来の取り付け位置から離した位置に示している。また、同じく図４０においては、説明の便宜上、凹凸側支持板３０９に固定される凹型摺動体３０３、および平面側支持板３１０に固定される外側平板摺動体３０７を取り外した状態を示している。
以上のような構成を備える減衰装置３０１は、凹凸摺動体機構３０２を構成する凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４の相対的な摺動により、板ばね３１２の付勢力に抗して凹凸摺動体機構３０２の高さ（上下方向の寸法、以下同じ。）を変化させることで、板ばね３１２からの摺動体押圧方向の付勢力を受ける。減衰装置３０１においては、凹凸摺動体機構３０２は、付勢機構３２０から付勢力を受ける。つまり、付勢機構３２０は、付勢力を生じさせる板ばね３１２を含んで構成されるとともに、凹凸摺動体機構３０２を有する摺動機構３１３を収め入れ、凹凸摺動体機構３０２の摺動動作にともなう高さの増加を弾性的に拘束するリングを形成する。
そして、減衰装置３０１は、凹凸摺動体機構３０２の凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４の摺動体変位量の増加にともなって、凹凸摺動体機構３０２の高さを増大させることで、板ばね３１２から受ける摺動体押圧方向の付勢力を増加させる。これにより、減衰装置３０１は、減衰力として作用する凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４の間で生じる摩擦力が摺動体変位量の増加にともなって比例的に増加するように構成される。なお、ここで比例的に増加する摩擦力には、平面摺動体機構３０５を構成する内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７の間で生じる摩擦力が含まれる。
以上のような構成において、摺動機構３１３が、付勢機構３２０に対して、凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５が設けられる部分を凹凸側支持板３０９と平面側支持板３１０間に位置させるとともに、中央軸力材３０８の両端側を鞘構造として機能するガイド部３２２に収めることで、減衰装置３０１が構成される。
本実施形態の減衰装置３０１において、凹凸摺動体機構３０２の凹型摺動体３０３に作用する摩擦力は、凹凸側支持板３０９、一対の板ばね３１２、一対の側方軸力材３１１、および連結板３２１を経由して、孔部３０１ｄにより第２支持部３０１ｂに連結される構造物に伝達される。また、平面摺動体機構３０５の外側平板摺動体３０７に作用する摩擦力は、平面側支持板３１０、一対の側方軸力材３１１、および連結板３２１を経由して、孔部３０１ｄにより第２支持部３０１ｂに連結される構造物に伝達される。また、凹凸摺動体機構３０２の凸型摺動体３０４に作用する摩擦力、および平面摺動体機構３０５の内側平板摺動体３０６に作用する摩擦力は、それぞれ中央軸力材３０８を経由して、孔部３０１ｃにより第１支持部３０１ａに連結される構造物に伝達される。
凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５の構造について、図４９および図５０を加えて具体的に説明する。なお、以下の説明では、凹凸摺動体機構３０２に関し、便宜上、凹型摺動体３０３が凸型摺動体３０４に対して往復摺動する方向（図４９、矢印Ｘ参考）を作動方向とし、その作動方向のうち一方の方向（図４９において右方、矢印Ｘの向きＦ参照）を前方または正の方向とし、同作動方向のうち他方の方向（同図において左方、矢印Ｘの向きＲ参照）を後方または負の方向とする。
まず、凹凸摺動体機構３０２について説明する。図４４、図４５等に示すように、凹凸摺動体機構３０２は、凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４が互いに対向する側の部分に凹凸形状部分を有し、この凹凸形状部分によって凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４を摺動可能に嵌合させる。したがって、凹凸摺動体機構３０２は、凹凸形状部分として、凹型摺動体３０３側に形成される溝部３２６と、凸型摺動体３０４側に形成される突部３２７とを有する。
すなわち、本実施形態の減衰装置３０１においては、凹型摺動体３０３は、摺動する相手方の摺動体である凸型摺動体３０４に対向する側の端部（面部）に溝部３２６を有する。溝部３２６は、凸型摺動体３０４に対する相対的な往復摺動の方向（作動方向）に沿うととともに下側に開口し、作動方向視で凹形状となる。
溝部３２６が形成される凹型摺動体３０３の下側（図４４（ａ）においては上側）の面部には、溝部３２６の開口側の端面である２箇所の溝端面３２６ａと、溝部３２６の底面である溝底面３２６ｂとが形成される。２つの溝端面３２６ａは、同一面上に位置するように形成される。また、２つの溝端面３２６ａと、溝底面３２６ｂとの間には、左右方向に互いに対向する内側側面３２６ｃが形成される。互いに対向する内側側面３２６ｃは、互いに略平行に形成される。
また、本実施形態の減衰装置３０１においては、凸型摺動体３０４は、摺動する相手方の摺動体である凹型摺動体３０３に対向する側の端部（面部）に突部３２７を有する。突部３２７は、作動方向に沿うとともに上側に突出し、作動方向視で凸形状となる。
突部３２７は、凸型摺動体３０４の上側の面部において突起を上向きに突出させる部分である。したがって、凸型摺動体３０４の上側の面部には、突部３２７の基端面である２箇所の肩面３２７ａと、突部３２７の突出側の端面である突部端面３２７ｂとが形成される。２つの肩面３２７ａは、突部３２７において突起が突出する面であり、同一面上に位置するように形成される。また、２つの肩面３２７ａと、突部端面３２７ｂとの間には、左右方向に互いに反対側を向く外側側面３２７ｃが形成される。互いに反対側を向く外側側面３２７ｃは、互いに略平行に形成される。
また、互いに摺動可能な状態で嵌合する溝部３２６および突部３２７は、溝部３２６の溝の幅の寸法と、突部３２７の突起の幅の寸法とが略同じとなるように形成される。つまり、溝部３２６を形成する内側側面３２６ｃ間の寸法と、突部３２７を形成する外側側面３２７ｃ間の寸法とが略同じとされる。
以上のように凹型摺動体３０３と凸型摺動体３０４とが溝部３２６および突部３２７によって互いに摺動可能に嵌合する構成において、第１実施形態の場合と同様に、凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４は、それぞれ２種類の摺動面を有する。
すなわち、２種類の摺動面のうち一方の種類の摺動面は、凹型摺動体３０３が凸型摺動体３０４に対して中立の位置よりも前方に位置する状態で互いに接触し、凹型摺動体３０３の中立の位置からの前方への摺動による変位にともなって凹型摺動体３０３を上昇させるように、前方へ向けて上り勾配を有する斜面（前方用摺動面）である。また、２種類の摺動面のうち他方の種類の摺動面は、凹型摺動体３０３が凸型摺動体３０４に対して中立の位置よりも後方に位置する状態で互いに接触し、凹型摺動体３０３の中立の位置からの後方への摺動による変位にともなって凹型摺動体３０３を上昇させるように、後方へ向けて上り勾配を有する斜面（後方用摺動面）である。
図４４、図４５、図４９、図５０等に示すように、本実施形態では、凹型摺動体３０３においては、溝部３２６を形成する溝端面３２６ａが、前方用摺動面として用いられ、溝部３２６を形成する溝底面３２６ｂが、後方用摺動面として用いられる。また、凸型摺動体３０４においては、突部３２７を形成する肩面３２７ａが、前方用摺動面として用いられ、突部３２７を形成する突部端面３２７ｂが、後方用摺動面として用いられる。このように、凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４は、それぞれ２面の前方用摺動面と、１面の後方用摺動面とを有する。
また、凹凸摺動体機構３０２においては、凹型摺動体３０３が凸型摺動体３０４に対して長手方向（前後方向）について中央に位置する状態が、凹型摺動体３０３が凸型摺動体３０４に対して中立の位置にある状態（中立状態）に対応する。そして、中立状態からの凹型摺動体３０３の前方への移動過程、および中立状態からの凹型摺動体３０３の後方への移動過程のそれぞれの過程において、前方用摺動面および後方用摺動面それぞれの勾配により、摺動体変位量の増加にともなって凹凸摺動体機構３０２の高さが比例的に増大する。
したがって、中立状態からの凹型摺動体３０３の前方移動時には、凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４の前方用摺動面同士のみ、つまり溝端面３２６ａおよび肩面３２７ａ同士のみが接触する。また、中立状態からの凹型摺動体３０３の後方移動時には、凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４の後方用摺動面同士のみ、つまり溝底面３２６ｂおよび突部端面３２７ｂ同士のみが接触する。そして、中立状態においては、凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４の前方用摺動面同士、および後方用摺動面同士のいずれもが接触した状態となる。なお、図４５は、凹凸摺動体機構３０２の中立状態を示す。
本実施形態の減衰装置３０１においては、前方用摺動面である、凹型摺動体３０３の溝端面３２６ａ、および凸型摺動体３０４の肩面３２７ａが、それぞれ第１の摺動面として機能する。また、後方用摺動面である、凹型摺動体３０３の溝底面３２６ｂ、および凸型摺動体３０４の突部端面３２７ｂが、それぞれ第２の摺動面として機能する。
次に、平面摺動体機構３０５について説明する。図４６、図４７等に示すように、平面摺動体機構３０５は、内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７が互いに対向する側の部分に摺動面を有し、この摺動面によって内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７を摺動可能に接触させる。
内側平板摺動体３０６は、平面として形成される摺動面３０６ｂを有し、外側平板摺動体３０７は、同じく平面として形成される摺動面３０７ｂを有する。内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７がそれぞれ有する摺動面３０６ｂ，３０７ｂは、減衰装置３０１の軸方向（作動方向）および左右方向に平行な平面である。つまり、内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７の摺動面３０６ｂ，３０７ｂは、中央軸力材３０８の板面に平行な面である。
内側平板摺動体３０６と外側平板摺動体３０７とは、互いの摺動面３０６ｂ，３０７ｂ同士を接触させた状態で、相対的に摺動可能に設けられる。内側平板摺動体３０６は、凹凸摺動体機構３０２の凸型摺動体３０４と同様に中央軸力材３０８に固定される部材であるため、凸型摺動体３０４と一体的に移動する。また、外側平板摺動体３０７は、凹凸摺動体機構３０２の凹型摺動体３０３と同様に付勢機構３２０を構成する部材であるため、凹型摺動体３０３と一体的に移動する。
平面摺動体機構３０５においては、外側平板摺動体３０７が内側平板摺動体３０６に対して長手方向（前後方向）について中央に位置する状態が、中立状態に対応する。そして、平面摺動体機構３０５においては、上述したような凹凸摺動体機構３０２の中立状態からの前方および後方への移動過程にかかわらず、つまり凹凸摺動体機構３０２の摺動動作の範囲で、摺動面３０６ｂ，３０７ｂ同士は常時接触する。なお、図４７は、平面摺動体機構３０５の中立状態を示す。
以上のように、本実施形態の減衰装置３０１は、構造物に間接的に固定され互いに対向した状態で相対的に往復摺動可能に設けられる摺動体として、凹凸摺動体機構３０２を構成する凹型摺動体３０３および凸型摺動体３０４と、平面摺動体機構３０５を構成する内側平板摺動体３０６および外側平板摺動体３０７とを有する。
そして、本実施形態の減衰装置３０１は、摺動体同士の相対的な往復摺動により伸縮可能に構成され、構造物の振動に対する減衰力を、相対的な往復摺動による伸縮方向に沿う軸力として作用させる。つまり、本実施形態の減衰装置３０１は、凹型摺動体３０３と凸型摺動体３０４との相対的な摺動方向を軸方向とするとともに、その軸方向の両端側に、構造物に固定される第１支持部３０１ａおよび第２支持部３０１ｂを有することにより、軸力部材型の減衰装置として構成される。
本実施形態の減衰装置３０１によれば、第２実施形態の減衰装置６１と同様に、軸力部材型の減衰装置であることから、より高い汎用性を得ることができることに加え、構成部材の中で比較的高価な付勢手段としての板ばねや凹凸摺動体機構の摺動体の数を少なくすることが容易であることから、コスト面で有利な構成を容易に実現することができる。
具体的には、例えば、第２実施形態に係る減衰装置６１では、少なくとも４個の板ばね６５を必要とする。凹凸摺動機構とＵ型板ばねは減衰装置の製造原価の大部分を占める。このため、これらの個数を減らすことは装置の価格競争力を大幅に向上させることにつながる。そこで、本実施形態の減衰装置３０１によれば、凹凸摺動体機構３０２と平面摺動体機構３０５とを積層させることにより、安価な平面摺動体機構３０５の使用により装置の製造原価を低減し、平面摺動体機構３０５の摩擦力により減衰力を維持することができる。
本実施形態の減衰装置３０１によれば、少なくとも１組の凹凸摺動体機構３０２を使用し、かつ少なくとも１組の平面摺動体機構３０５を使用し、かつこれらを積層し、かつ少なくとも２個の板ばね３１２を用いることで、第２実施形態の減衰装置６１と同等の性能を有し、より廉価な振動減衰装置が実現できる。また、少なくとも２組の凹凸摺動体機構３０２を使用し、かつ少なくとも２組の平面摺動体機構３０５を使用し、かつそれらを積層し、かつ少なくとも４個の板ばね３１２を使用することで、高性能な振動減衰装置を得ることができる。さらに、凹凸摺動体機構３０２と板ばね３１２の個数を増加させることなく、平面摺動体機構３０５の積層数を増やすことにより、より高性能な振動減衰装置とすることも可能である。なお、本実施形態の減衰装置３０１が備える平面摺動体機構３０５のような平面摺動体機構は、第１実施形態の減衰装置１や第２実施形態の減衰装置６１においても、凹凸摺動体機構に積層させることで適用することができる。
本実施形態の減衰装置３０１について、力学的に解析する。図４３に示すように、凹凸摺動体機構３０２の摺動動作にともなう高さの増加等によって付勢機構３２０に作用する圧縮力をＶとし、中立状態すなわち摺動変位が生じていな状態での付勢機構３２０の高さをｈ０とし、中立状態からの付勢機構３２０の高さの増加量をｖとする。凹凸摺動体機構３０２の高さの増加により、実際に凹凸側支持板３０９と平面側支持板３１０に作用する力は分布力であるが、ここではその分布力を集中圧縮力Ｖとしてモデル化する。なお、以下の説明では、図４３に示すように、圧縮力Ｖの作用を受ける付勢機構３２０を、上述したように凹凸摺動体機構３０２の摺動動作にともなう高さの増加を弾性的に拘束するリングを形成することから「リング」と称する。
圧縮力Ｖの方向のリングのばね定数をＳとして、リングに作用する圧縮力Ｖと高さの変化ｖの関係を次式（３８）で表す。
Ｖ＝Ｖ０＋Ｓｖ ・・・（３８）
ここで、Ｖ０は、与圧などによって導入する初期圧縮力とする。
凹凸摺動体機構３０２を構成する凹型摺動体３０３の摺動面としての溝端面３２６ａおよび溝底面３２６ｂに関し、傾きの大きさ（勾配）は等しく、傾きの向きは互いに逆である。図４４（ａ）において、溝端面３２６ａおよび溝底面３２６ｂの、作動方向（矢印Ｘ）に対して下り向きを矢印の方向で表す。また、凹凸摺動体機構３０２を構成する凸型摺動体３０４の摺動面としての肩面３２７ａおよび突部端面３２７ｂに関し、傾きの大きさ（勾配）は等しく、傾きの向きは互いに逆である。図４４（ｂ）において、肩面３２７ａおよび突部端面３２７ｂの、作動方向（矢印Ｘ）に対して下り向きを矢印の方向で表す。凹型摺動体３０３の摺動面である溝端面３２６ａおよび溝底面３２６ｂの勾配、および凸型摺動体３０４の摺動面である肩面３２７ａおよび突部端面３２７ｂの勾配を、いずれもｉとする。
図４９は、摺動機構の摺動変位と高さの増加の関係を示す。ここで、摺動機構とは、凹凸摺動体機構３０２、中央軸力材３０８、および平面摺動体機構３０５を図４９のように積層した機構とする。図５０は、図４９におけるＭ−Ｍ断面図である。図４９は、リングとともに一体的に移動する凹型摺動体３０３および外側平板摺動体３０７の作動方向の中心位置Ｍ−Ｍが中立位置Ｎ−Ｎを基準として図４９における右方向（前方向）に移動した状態、つまり正の摺動変位ｕｄが生じた状態を表す。
中立状態（ｕｄ＝０）には、凹型摺動体３０３の摺動面である溝端面３２６ａおよび溝底面３２６ｂは、それぞれ凸型摺動体３０４の摺動面である肩面３２７ａおよび突部端面３２７ｂに接触する。中立状態での摺動機構の高さ（上下方向の寸法）をｈ０とする。図４９に示すように、摺動機構に正の摺動変位（ｕｄ＞０）が生じると、溝底面３２６ｂと突部端面３２７ｂとは離れ、溝端面３２６ａと肩面３２７ａとが接触する。この時、凹型摺動体３０３は、溝端面３２６ａおよび肩面３２７ａの勾配ｉの傾斜のために上方に移動し、摺動機構の高さが増加する。この摺動機構の高さの増加量をｖとする。
負の摺動変位（ｕｄ＞０）が生じると、溝端面３２６ａと肩面３２７ａとは離れ、溝底面３２６ｂと突部端面３２７ｂとが接触する。この時、凹型摺動体３０３は、溝底面３２６ｂと突部端面３２７ｂの勾配ｉの傾斜のために上方に移動し、摺動機構の高さが増加する。摺動変位の正負に拘わらずに内側平板摺動体３０６と外側平板摺動体３０７とは摺動面３０６ｂと摺動面３０７ｂとで接触する。摺動面の摩耗による摺動機構の高さの変化と摺動機構の作動方向に対して垂直方向の圧縮変形を無視すると、摺動機構の高さの増加は摺動変位の絶対値に比例し、その比例係数は凹凸摺動体機構３０２の摺動面の勾配ｉと考えて良い。よって、摺動機構の高さの増加は次式（３９）で表される。
ｖ＝ｉ｜ｕｄ｜ ・・・（３９）
本実施形態の減衰装置３０１は、摺動変位に伴い発生する摺動機構の高さの増加を利用して、その高さの増加の方向にリングを押し広げることによって、摺動機構に摺動変位の絶対値に比例して増加する圧縮力を作用させる。よって、上記式（３８）に式（３９）を代入すると、摺動機構に作用する圧縮力Ｖは次式（４０）で表される。
Ｖ＝Ｖ０＋ｉＳ｜ｕｄ｜ ・・・（４０）
凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５のそれぞれの摺動面には、この圧縮力Ｖに比例する摩擦力が摺動運動を妨げる方向に発生する。減衰装置３０１は、この摩擦力を中央軸力材３０８と側方軸力材３１１を介して構造物に減衰力として作用させる。
次に、減衰力と変位の関係について説明する。ｕｄ＞０、（ｄｕｄ／ｄｔ）＞０の条件において、凹型摺動体３０３の摺動面に作用する垂直抗力と摩擦力およびリングによる反力ＶとＨｃのつり合いを考えると、図４９に示す凹型摺動体３０３に作用する反力Ｈｃは次式（４１）で表される。
Figure 0005286487
同様にして、平面摺動体機構３０５に作用する反力Ｈｆは次式（４２）で表される。
Figure 0005286487
よって、減衰力Ｈは、反力Ｈｃと反力Ｈｆとの和として次式（４３）で表される。
Figure 0005286487
ここに、μｃとμｆは、それぞれ凹凸摺動体機構３０２の動摩擦係数と平面摺動体機構３０５の動摩擦係数である。他の変位と速度の符号の組合せについて減衰力を整理すると、次式（４４）の減衰装置３０１の減衰力Ｈと摺動変位ｕｄとの関係を得る。
Ｈ＝λ（Ｖ０＋ｉＳ｜ｕｄ｜） ・・・（４４）
ここで、λは次式（４５）で定める運動抵抗係数である。
Figure 0005286487
続いて、板ばね３１２のばね形状とばね定数について説明する。図５１は、Ｕ型板ばねの形状とばね定数を試算するための力学モデルである。図５１（ａ）は、本実施形態の減衰装置３０１の板ばね３１２を示し、同図（ｂ）は、第１，２実施形態で採用された形状の板ばねを示す。
図５１（ａ）に示すように、板ばね３１２は、半径ｒの湾曲部３１２ａ、代表寸法ｌ１の直線部３１２ｂ、および代表寸法ｌ２のＬ型部３１２ｃで構成される。板ばね３１２の板厚をｔとし、板ばね３１２の作動方向の長さ（板幅）をｄ（図４８参照）とする。直線部３１２ｂの端はボルト３１９で凹凸側支持板３０９へ、Ｌ型部３１２ｃの端はボルト３１８で側方軸力材３１１へそれぞれ連結される。板ばね３１２を図５１（ｂ）に示す両端固定のＵ型板ばねと等価と考えると、荷重ｑ方向のばね定数βは次式（４６）、（４７）で与えられる。
Figure 0005286487
Figure 0005286487
ここで、Ｅはヤング係数とする。図５１（ｂ）と式（４７）の直線部の長さｌは、板ばね３１２の寸法ｌ１とｌ２の平均とする。リングの高さの増加は主に板ばね３１２の曲げ変形で生じると仮定すると、リングのばね定数Ｓは次式（４８）で推定できると考えられる。
Ｓ＝２αβ ・・・（４８）
ここで、αは荷重試験などによって決める補正係数とする。
減衰力と密接に関係するリングのばね定数は荷重試験で正確に求める必要があるが、装置の計画段階などでは式（４８）を利用したばね定数の試算は有用であると考えられる。
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、本発明の第１実施形態の減衰装置１の構成（図１参照）について、静的力学特性の確認実験を行った。具体的には、本発明に係る減衰装置の機能を確認するために、式（８）、（９）、（１０）、および（１１）で示される、ローラで支持された減衰装置の水平力と相対変位との関係式の妥当性と、式（３１）で示される、減衰装置が装着されたラーメンの水平力と水平変位との関係式の妥当性とを、模型実験で検証した。なお、本実施例は、上述した本発明の第１実施形態の減衰装置１の構成についてのものであるため、本実施例の説明では、第１実施形態の減衰装置１の符号を用いる。
まず、本実施例では、ローラで支持された減衰装置１についての実験を行った。本実施例では、凹型摺動体３の材料として、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用い、凸型摺動体４の材料として、快削黄銅（Ｃ３６０４）を用いた。また、摺動面の勾配ｉおよび水平長さｌｄは、それぞれｉ＝０．０２、ｌｄ＝４００ｍｍである。組み立てられた凹型摺動体３および凸型摺動体４の中立状態での高さ、つまり中立状態の摺動体機構２の高さは、ｈｄ＝５１ｍｍである。
また、凹型摺動体３の前方用摺動面（溝端面１１ａ）と後方用摺動面（溝底面１１ｂ）の幅は、それぞれｂＦ＝５．９ｍｍ、ｂＢ＝８．２ｍｍである。凸型摺動体４の前方用摺動面（肩面１２ａ）と後方用摺動面（突部端面１２ｂ）の幅は、それぞれｂＦ＝６．１ｍｍ、ｂＢ＝７．８ｍｍである。また、摺動面の機械仕上げの設計値は、平均粗さＲａ＝１．６以下としたが、実際の表面粗さは計測していない。摺動面には、動摩擦係数と静止摩擦係数の差を小さくするために、トリクロルエタン系の潤滑剤を塗布した。なお、摺動面の導摩擦係数については後述する。
また、本実施例では、板ばね５については、摺動体の両側面にそれぞれ４個配置し、総数を８個とした（図１参照）。板ばね５は、凸型摺動体４と支持はり６とを一体化する。板ばね５の材質は、ばね用ステンレス鋼帯（ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ）であり、各部の設計寸法は、φ＝０．３ｍｍ、α＝５ｍｍ、β＝５．１５ｍｍ、γ＝４２ｍｍである（図１２、図１４参照）。また、板ばね５は、１個当たり６個のＭ３ボルト（ボルト２４，２５）で凸型摺動体４と支持はり６それぞれの側面に固定する。詳細には、板ばね５は、下側固定部２１の部分を凸型摺動体４の側面に、上側固定部２２の部分を支持はり６の側面に、それぞれ３個のＭ３ボルトで固定する。なお、減衰装置１の鉛直ばね定数については後述する。
また、支持はり６の材料としては、アルミニューム合金（Ａ６０６３）を用いた。支持はり６の寸法は、高さ×幅×長さ＝２５×２０×４００ｍｍである。凸型摺動体４、板ばね５、および支持はり６の合計質量は２．５７ｋｇである。
減衰装置１の動摩擦係数と高さの変化について説明する。図５２は、本実施例において摺動面の動摩擦係数を計測する摩擦実験装置の構成を示す図である。図５２に示すように、本実施例に係る摩擦実験装置では、架台２００上に固定される下側壁２０７の上に、減衰装置１の凹型摺動体３がボルトで固定される。本実施例では、下側壁２０７は、アルミニューム合金製壁（Ａ５０５２，ｔ＝３ｍｍ×２）である。支持はり６の上に、重り２０１が載せられる。
図５２に示すように、本実施例の摩擦実験装置では、アクチュエータ２０３により、減衰装置１を作動させるための水平力が支持はり６に作用させられる。アクチュエータ２０３は、荷重計２０４を介して、支持はり６に対して水平方向に連結される。アクチュエータ２０３は、架台２００上に設けられる支持台２０５上に支持される。
このような構成により、アクチュエータ２０３を水平方向に駆動させることで、減衰装置１の作動に必要な水平力を支持はり６に作用させ、その水平力を、荷重計２０４で計測する。なお、荷重計２０４の定格容量は２００Ｎであり、アクチュエータ２０３の駆動速度は０．０４８ｍｍ／ｓ、分解能は０．００４ｍｍ／ｓｔｅｐである。
また、本実施例の摩擦実験装置では、凸型摺動体４の水平変位が、水平変位計２０６により計測される。また、支持はり６の高さの変化が、鉛直変位計２０９により計測される。水平変位計２０６および鉛直変位計２０９は、それぞれレーザ変位計であり、その分解能は、０．００２ｍｍである。また、支持はり６の上に載せられる重り２０１の質量は、４ｋｇ、８ｋｇ、１２ｋｇ、１６ｋｇの４ケースとした。
図５３は、１６ｋｇの重りを搭載した場合の減衰装置１の水平変位と高さの変化との関係を示し、図５４は、同じく１６ｋｇの重りを搭載した場合の減衰装置１の水平力と相対変位の履歴曲線を示す。水平力Ｈは、重り２０１、凸型摺動体４、板ばね５、および支持はり６の合計重量Ｗ＝１７８Ｎで除して無次元化している。
図５３に示すように、減衰装置１においては、相対変位（水平変位、ｕｄ）１０ｍｍで、０．２ｍｍの高さ（ｖｄ）の変化が生じる。これにより、摺動面の勾配がｉ＝２％であることが確認できる。高さの変化に±０．０５ｍｍ程度の幅が見られるが、これは次の二つの現象に起因すると考えられる。一つは、アクチュエータ２０３の作動に合わせて減衰装置１が鉛直方向に振動することである。もう一つは、鉛直変位計２０９から照射されるレーザ光の反射面、つまり支持はり６の上面が水平方向に移動することにより、反射面の凹凸が鉛直変位計２０９による測定値に影響を及ぼすことである。
図５４では、式（８）、（９）、（１０）、および（１１）において摺動面の動摩擦係数をμＦ＝０．１６、μＢ＝０．１８とし、摺動面の勾配をｉ＝０．０２とした場合の運動抵抗係数（Ｔｈｅｏｒｙと表記する）を併記している。図５４より、実験で得られた水平力と鉛直力の比Ｈ／Ｗ（Ｔｅｓｔと表記する）は、運動抵抗係数λと良く対応することが確認できる。なお、重り２０１の重さを１６ｋｇから変化させた場合についても、水平力と鉛直力の比Ｈ／Ｗは、前述の運動抵抗係数λと良く対応することが確認できた。
続いて、本実施例に係る減衰装置１の鉛直ばね定数について説明する。図５５は、本実施例の摩擦実験装置（図５２参照）において、アクチュエータ２０３を取り外した状態における、重り２０１による鉛直力と支持はり６の鉛直変位との関係を示す。図５５より、鉛直力（Ｖｉｒｔｉｃａｌ ｆｏｒｃｅ）と鉛直変位（Ｖｉｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）との関係は、載荷時（Ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔ）と除荷時（Ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔ）共に線形であることが確認できる。実験結果から、減衰装置１の鉛直ばね定数として、Ｓｙ＝４００Ｎ／ｍｍが得られた。
一方、式（１６）と式（１７）を用いて、板ばね５についての１個の鉛直ばね定数を見積もると、ｓｙ＝６１．８Ｎ／ｍｍとなる。ただし、ＪＩＳ Ｇ５４４３に参考値として記載されているばね用ステンレス鋼帯（ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ）のたわみ係数（日本工業規格：ばね用ステンレス鋼帯，ＪＩＳ Ｇ４３１３，１９７７．）をヤング係数Ｅ＝１６７０００Ｎ／ｍｍ２とし、Ｇ／Ｅは０．３８５とした。上記のばね定数の理論値を用いて、減衰装置１の鉛直ばね定数を見積もると、４９４Ｎ／ｍｍとなる。これを実験値Ｓｙ＝４００Ｎ／ｍｍと比較すると、式（２０）に用いる補正係数は、Ψ＝０．８１となる。
次に、減衰装置１の力学モデルの妥当性を検証する実験について説明する。図５６は、ローラで支持された減衰装置１の実験装置の構成を示す。図５６に示す実験装置は、図８および図９に示す減衰装置１の力学モデルに対応する。なお、図５６に示す実験装置においては、図５２に示す摩擦実験装置と共通する部分については同一の符号を用いて説明を省略する。
図５６に示す実験装置では、図５２に示す摩擦実験装置において、支持はり６の上側に、ローラ９を有するローラ機構が設置されている。ローラ機構の上側には、梁２１０が設けられる。梁２１０は、ローラ機構を鉛直方向に支持する。つまり、梁２１０は、支持はり６の上側において、ローラ９を有するローラ機構を介して設けられる。梁２１０は、４本（図５６においては２本のみ図示）の柱２１１により架台２００に連結されるとともに、固定金具等の支持機構（図示略）により架台２００に固定されることで、水平方向および鉛直方向について固定される。
本装置が備えるローラ機構は、４個のローラ９を有し、これらのローラ９を、水平方向に略等間隔を隔てた位置に支持する。ローラ９は、支持はり６と梁２１０との間に挟まれた状態で、支持はり６の水平変位にともなって回転するように支持される。本実施例では、ローラ９は、直径２０ｍｍのアルミ製のローラである。以上のような構成を備える実験装置において、アクチュエータ２０３を水平方向に駆動させ、減衰装置１に作用する摩擦力を、荷重計２０４で計測し、水平変位計２０６により、凸型摺動体４の水平変位を計測した。
図５７は、式（７）、（８）、（９）、（１０）、および（１１）で示した水平力と水平変位との関係式で計算した履歴曲線と、実験により得られた履歴曲線との比較を示す。摺動面の勾配ｉ、初期圧縮力Ｖ０、鉛直ばね定数Ｓｙ、および摺動面の動摩擦係数μＦ，μＢは、それぞれ、ｉ＝０．０２、Ｖ０＝２５．２Ｎ、Ｓｙ＝４００Ｎ／ｍｍ、μＦ＝０．１６、μＢ＝０．１８である。
図５７より、実験値が理論値（計算値）と良く対応し、履歴曲線は実験値、理論値ともに蝶が羽を広げた形となることが確認できる。また、実験値の履歴曲線の傾きは、理論値の履歴曲線の傾きに比べて、わずかに小さくなった。このことは、実験値にはローラ９の転がり摩擦の影響が含まれるが、理論値ではローラの転がり摩擦が無視されているからであると考えられる。なお、実験時の板ばね５の水平方向の変形量は小さく、板ばね５により上下方向に連結される凸型摺動体４と支持はり６の水平変位の差は無視できる程度に小さかった。
続いて、本実施例に係る減衰装置１を装着したラーメンの実験について説明する。図５８は、本実施例に係る減衰装置１を装着した一層ラーメンの実験装置の構成を示す。図５８に示す実験装置は、図５６に示す実験装置において、梁２１０を上方に移動させ、ローラ９を有するローラ機構を上側壁２０８に置き換えたものえある。上側壁２０８は、アルミニューム合金製壁（Ａ５０５２，ｔ＝３ｍｍ×２）である。上側壁２０８は、ボルトで支持はり６および梁に固定されている。
左右の柱２１１は、２本の鋼製ボルト（Ｍ６，ＳＳ４００）であり、梁２１０は、断面寸法が１００×１９のみがき平角鋼（ＳＳ４００）である。ラーメンの高さｈと長さｌは、それぞれｈ＝４００ｍｍとｌ＝５００ｍｍである。また、柱２１１と上側壁２０８・下側壁２０７それぞれとの間隔ｅ（図１５参照）は、ｅ＝５０ｍｍである。また、図５８に示す実験装置では、アクチュエータ２０３は、荷重計２０４を介して梁２１０と連結されている。
以上のような構成を備える実験装置において、アクチュエータ２０３を水平方向に駆動させて、荷重計２０４により、ラーメンの水平力を計測し、水平変位計２０６により、ラーメンの水平変位を計測した。減衰装置１の支持はり６およびラーメンの梁２１０のそれぞれの水平変位を計測したが、両者の差は小さかった。また、上側壁２０８と板ばね５の水平方向の弾性変形は、減衰装置１の相対変位に比べて無視できる程度に小さかった。
図５９は、減衰装置１を取り外したラーメンの１サイクルの載荷・除荷の水平力と水平変位の履歴曲線である。図５９から、減衰装置１を取り外したラーメンでは、履歴曲線は載荷と除荷ともに同様な経路をたどり、水平力と水平変位の関係は線形であることが確認できる。
図５９に示す実験結果より得られたラーメンの水平ばね定数は、Ｋｘ＝３．４Ｎ／ｍｍである。別途に実施した曲げ試験で得られた柱２１１の曲げ剛性は、ＥｃＩｃ≒１．１×１０７Ｎｍｍ２であった。これを用いて式（３０）で計算した水平ばね定数は、４．２Ｎ／ｍｍである。式（３０）では、柱２１１は梁２１０と基部に完全に固定されている（両端固定梁）と仮定しているが、ラーメンの取付け部の弾性変形により回転が生じ、実際の水平ばね定数は、理論値より小さくなったと考えられる。
図６０は、式（２４）で計算したラーメンの水平変位ｕと鉛直変位ｖの関係を実験値と比較したものである。図６０より、鉛直変位は水平変位に対して放物線状に変化し、実験値は理論値と良く対応していることが確認できる。
次に、本実施例に係る減衰装置１を装着したラーメンの水平力と水平変位の履歴曲線について説明する。図６１は、実験で得られた、減衰装置１を装着したラーメンの１サイクルの水平力と水平変位の履歴曲線（Ｔｅｓｔ）と、式（３１）で計算した履歴曲線（Ｅｑ．３１）と、式（３１）でラーメンの鉛直方向の二次変位を無視して計算した履歴曲線（Ｅｑ．３１’）との比較を示す。ここで、式（３１）の計算条件は、ｉ＝０．０２、Ｖ０＝２５．２Ｎ、μＦ＝０．１６、μＢ＝０．１８、Ｋｘ＝３．４Ｎ／ｍｍ、およびＳｙ＝４００Ｎ／ｍｍである。また、柱２１１の断面定数からラーメンの鉛直方向ばね定数を試算すると、Ｋｙ≒３９０００Ｎ／ｍｍであり、Ｋｙ＞＞Ｓｙとなることから、Ｓｙｃ≒Ｓｙとした。
図６１より、水平変位がｕ／ｈ＜０．０１の範囲では、ラーメンの鉛直方向の二次変位の影響は小さく、二次変位を無視した理論値と実験値とは良く対応することが確認できる。水平変位がｕ／ｈ≧０．０１の範囲では、二次変位を無視した理論値は、前方移動時・後進時と、後方移動時・前進時で実験値と良く対応しているが、前方移動時・前進時と後方移動時・後進時は、実験値との差が大きくなることが確認できる。二次変位を考慮した理論値は、前方移動時・前進時と後方移動時・後進時で実験値と比較的良く対応しているが、前方移動時・後進時と後方移動時・前進時では、実験値との差が大きくなることが確認できる。実用的なラーメンの水平変位はｕ／ｈ＜０．０１と考えられるので、実用上は式（３１）において二次変位を無視しても良いと考えられる。
また、図６１より、二次変位を考慮しなければならない水平変位の領域を考慮しても、式（３１）で二次変位を無視して計算した履歴曲線は、実験で得られた履歴曲線の内側にあり、前者の履歴曲線が囲む面積は、後者の履歴曲線が囲む面積より小さいことがわかる。図６１の二次変位を無視した履歴曲線が囲む面積は、式（１３）の散逸エネルギーに相当するので、本実施例に係る減衰装置１によれば、式（３４）で示す等価粘性減衰定数を確保できる可能性が高いと考えられる。
前方用摺動面と後方用摺動面の動摩擦係数をμ0＝０．１７とし、先に示したラーメンと減衰装置１の諸定数、ｉ＝０．０２、Ｖ０＝２５．２Ｎ、Ｋｘ＝３．４Ｎ／ｍｍ、およびＳｙ＝４００Ｎ／ｍｍを、式（３４）に適用すると、次の等価粘性減衰定数が得られる。
ζｅ＝０．１２７＋（０．８０２／ａ） ・・・（４９）
式（４９）より、本実施例に係る減衰装置１を装着したラーメンの共振時の等価粘性減衰定数は、振幅ａが１０ｍｍ程度の場合は０．２程度であり、振幅ａが大きくなることで０．１２７に漸近すると予想される。
以上のような本発明の実施例により、本発明の第１実施形態の減衰装置１の構成についての静的力学特性が明らかとなった。本発明の実施例によれば、限られた条件の模型実験の範囲内であるが、減衰装置を装着したラーメンの静的力学特性は理論値と実験値が良く対応していることから、本発明に係る減衰装置は構造物の振動を抑制する減衰装置として機能する可能性が高いと言える。
上述したような本発明の実施例等から、本発明について得られた知見を以下にまとめる。
（ａ）本発明に係る減衰装置は、摺動体の相対変位にともなう高さの変化を構造物内の部材などで抑制することにより、相対変位の絶対値に比例して増加する摩擦力を生成することができる。
（ｂ）ローラで支持された減衰装置と減衰装置を装着したラーメンとの、水平力と水平変位の履歴曲線については、理論値と実験値が良く対応し、その履歴曲線の形状は蝶が羽を広げた形となる。
（ｃ）摺動面の勾配と摩擦係数、付勢手段としての板ばねの鉛直ばね定数、および初期圧縮力を適宜組み合わせることにより、減衰装置の水平力と水平変位の履歴曲線が囲む面積を変化させることができる。
（ｄ）ローラで支持された減衰装置の水平力と相対変位の履歴曲線の特徴から、減衰装置の等価粘性減衰係数は振動数に反比例し、振動数が小さくなると等価粘性減衰係数は大きくなる。
（ｅ）減衰装置の初期圧縮力を十分小さくすることにより、小振幅から大振幅まで等価粘性減衰係数をほぼ一定にすることが可能となる。
次に、本発明の実施例として、第３実施形態の減衰装置３０１の構成を採用した場合の実施例を説明する。まず、本実施例での減衰装置３０１の設計条件と諸元について説明する。
本実施例では、設計条件として、次のような条件を用いた。設計減衰力を１０ｋＮとした。この値は目標値である。制振対象の高層ビルの諸元を軒高２５０ｍ、固有周期５秒および階層高４ｍと仮定し、地震動と共振した高層ビルの最大層間変形角を１／２００と仮定した。階層高と最大層間変形角より装置の設計振幅ａｄを２０ｍｍとした。ただし、装置の最大振幅は４０ｍｍとした。
また、凹凸摺動体機構３０２の摺動面の勾配は、勾配ｉ＝０．０２とした。摺動面の動摩擦係数μを０．２以上とし、０．２以上の動摩擦係数と鉛の固体潤滑作用による動摩擦係数の安定性を期待して、摺動材の組合せは、鉛を４〜６％含有する青銅鋳物（ＣＡＣ４０６Ｃ）を軟質材として、耐候性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を硬質材とした。軟質材は硬質材に比べて摩耗量が多いので、軟質材の摩耗量が作動方向に均一となることに期待して、相手材に対して作動方向の寸法が短い凹型摺動体３０３と外側平板摺動体３０７を軟質材とし、相手材となる凸型摺動体３０４と内側平板摺動体３０６を硬質材とした。板ばね３１２、中央軸力材３０８、凹凸側支持板３０９、平面側支持板３１０、側方軸力材３１１、連結板３２１、および支材３２３の材質は炭素鋼（Ｓ５０Ｃ）とした。
図６２に示す表に、減衰装置３０１の諸元として、凹型摺動体３０３、凸型摺動体３０４、および２つの平面摺動体である内側平板摺動体３０６、外側平板摺動体３０７の摺動面の寸法と見かけの接触面積を示す。これらの摺動体の摺動面の機械仕上げの設計値は表面粗さ１．６μｍＲａ以下として、粗さゲージを用いて表面粗さを目視で確認した。
中央軸力材３０８、側方軸力材３１１、連結板３２１、および支材３２３の寸法（幅×厚×長さ）は、それぞれ１６５×２５×９９０ｍｍ、１００×２５×９９０ｍｍ、１６５×２５×２５５ｍｍ、および１００×２５×１６５ｍｍである。側方軸力材３１１および支材３２３に取り付けられるスライド板３２４，３２５は、二硫化モリブデンが埋め込まれた厚さ１０ｍｍの黄銅合金板とした。減衰装置３０１を往復摺動試験装置とピン連結するために、中央軸力材３０８の孔部３０１ｃと連結板３２１の孔部３０１ｄには、球面軸受を埋め込んだ。連結用のピンの外径は３０ｍｍである。
板ばね３１２については、素材の外周をワイヤソーで成形し、その後に内周を切削し、内外周を研削にて所定寸法に仕上げた。板ばね３１２の板厚は１６ｍｍである。板ばね３１２の各部の寸法は、半径ｒ＝３０ｍｍ、代表寸法ｌ１＝１１１ｍｍ、代表寸法ｌ２＝９１ｍｍ、板厚ｔ＝１６ｍｍ、板幅ｄ＝２２０ｍｍである。
凹凸側支持板３０９と平面側支持板３１０の板厚は３０ｍｍである。減衰装置３０１の全長と総質量は、それぞれ１，１８５ｍｍと１７１ｋｇである。平面側支持板３１０と側方軸力材３１１の連結は高力ボルト引張・摩擦接合（図４３に示すボルト３１４）とし、他の部材の連結は総て高力ボルト摩擦接合とした。凹凸側支持板３０９と凹型摺動体３０３の連結および平面側支持板３１０と平面摺動体機構３０５の連結はＭ１０ボルトとし、他は総てＭ１２ボルトとした。ボルトの強度区分は総て１０．９である。ボルトの締め付け力はトルク法により管理した。
以上のような減衰装置３０１の設計条件と諸元の下で、往復摺動機構試験を行った。図６３および図６４は、連続１００回の摺動機構試験で得られた凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５の運動抵抗力と摺動変位の履歴曲線である。
図６３は、平面摺動体機構３０５の履歴曲線である。図４７に示す平面摺動体機構３０５の上に重りを載せ、内側平板摺動体３０６を固定し、電動アクチュエータで外側平板摺動体３０７を作動方向（矢印Ｘ）に往復摺動させた。往復摺動時のアクチュエータの駆動力を荷重計で計測し、その駆動力を運動抵抗力とした。
重りと外側平板摺動体３０７の合計重さである上載荷重は３５４Ｎである。摺動振幅、摺動速度および見かけの摺動面圧はそれぞれ２０ｍｍ、１．７６ｍｍ／ｓｅｃ．、および０．０１１Ｎ／ｍｍ２である。図６３、図６４には、動摩擦係数μｆ＝０．２３の履歴曲線（Ｔｈｅｏｒｙ）を併記した。運動抵抗力と上載荷重の比は０．２３から０．４５に分布することが確認される。
図６４は、凹凸摺動体機構３０２の履歴曲線である。試験の方法と条件は平面摺動体機構３０５と同じである。ただし、見かけの摺動面圧は０．０２４Ｎ／ｍｍ２である。図６３および図６４には動摩擦係数をμｆ＝０とμｃ＝０．２３として計算した式（４５）の運動抵抗係数の履歴曲線（Ｔｈｅｏｒｙ）を併記する。
図６３および図６４より、平面摺動体機構３０５と凹凸摺動体機構３０２の両方に対して、運動抵抗力と上載荷重の比の下限値は、動摩擦係数を０．２３とする理論上の履歴曲線と良く対応した。これより、各摺動機構の摺動材の組合せが等しいことから、各摺動機構の動摩擦係数をμｆ＝μｃ＝０．２３と推定した。なお、減衰装置３０１の平面摺動体機構３０５と凹凸摺動体機構３０２の見かけの最大面圧はそれぞれ０．５Ｎ／ｍｍ２と１．０Ｎ／ｍｍ２程度と予想されるので、最大面圧に比べて小さな面圧の条件で往復摺動機構試験が実施されたことに注意が必要である。
図６５は、凹凸摺動体機構３０２の作動試験で得られた、図４５で示す摺動機構の摺動変位ｕｄと高さの増加ｖの関係である。凹凸摺動体機構３０２の６点の高さをノギスで計測し、それらの平均値から高さの増加量を決定した。最低高さが発生する真の中立位置は試験時の仮の中立位置から約１ｍｍずれるが、凹凸摺動体機構３０２の摺動変位と高さの増加の関係は勾配ｉ＝０．０２の理論値と良く対応していることが確認される。
続いて、支持機構試験について説明する。図６６は、支持機構試験で確認した、図４３に示したリングの圧縮力と高さの増加の関係である。リングの内部に薄型荷重計と薄型油圧シリンダを積層し、油圧シリンダで圧縮力を加え、その圧縮力を荷重計で計測した。凹凸側支持板３０９の上面中央の変位と平面側支持板の下面中央の変位をそれぞれレーザ変位計（分解能０．００２ｍｍ）で計測した。減衰装置３０１の設計振幅２０ｍｍに対応するリングの高さの増加は０．４ｍｍであり、高さの変化が０．５ｍｍとなるように載荷を行い、約３分間の静置の後に除荷を行った。
図６６から、載荷と除荷の履歴曲線は直線となることが確認される。図６６より、リングのばね定数をＳ＝３７．５ｋＮ／ｍｍと推定した。一方、式（４６）を用いて板ばね３１２のばね定数を見積もるとβ＝３０．６ｋＮ／ｍｍとなる。ただし、Ｅ＝２０００００Ｎ／ｍｍ２、ｌ＝１０１ｍｍとした。式（４８）を用いてリングのばね定数を試算するための補正係数はα＝０．６１となる。
次に、往復摺動実験について説明する。本実験では、減衰装置３０１を往復摺動試験装置に装着することにより行った。往復摺動試験装置は、減衰装置３０１の第１支持部３０１ａが連結ピンにより連結される油圧アクチュエータと、減衰装置３０１の第２支持部３０１ｂが連結ピンにより連結される荷重計と、荷重計が設けられる反力はりとを備える。
装置の組立時には、平面側支持板３１０の取り付け用のボルト３１４に調整シムプレート（０．０５ｍｍ）を使用して、初期たわみ０．０５ｍｍをリングに導入した。リングのばね定数をＳ＝３７．５ｋＮ／ｍｍとすると、初期たわみ０．０５ｍｍより導入された初期圧縮力はＶ０＝１．９ｋＮと推定される。第１支持部３０１ａを構成する中央軸力材３０８を油圧アクチュエータ（最大軸力５０ｋＮ）に、第２支持部３０１ｂを構成する連結板３２１を反力はりの荷重計に、それぞれピンで連結した。減衰力は反力はりの荷重計により計測し、変位は装置に装着したレーザ変位計（分解能０．０２ｍｍ）で計測した。また、摺動体の温度を薄型熱電対で計測した。
想定地震動を継続時間５００秒の長周期地震動と仮定し、往復摺動試験は最大振幅２０ｍｍ・周期５秒の正弦波の変位制御で行った。往復１回（Ｔｅｓｔ−Ａ）と往復１０回（Ｔｅｓｔ−Ｂ）の二つの予備試験を実施し、その後に往復１００回（Ｔｅｓｔ−Ｃ）の本試験を実施した。
図６７は、往復１回の予備試験（Ｔｅｓｔ−Ａ）で得られた履歴曲線と、μｆ＝μｃ＝０．２３として式（４４）と式（４５）で予想される理論曲線の比較である。図６７から、ｕｄ＜０，（ｄｕｄ／ｄｔ）＜０の条件では実験曲線が直線でなく、また理論曲線との差があることが確認されるが、他の条件では、実験曲線は直線であり理論曲線と良く対応していることが確認される。
図６８は、往復１０回の予備試験で得られた履歴曲線と理論曲線の比較である。実験曲線はＴｅｓｔ−Ａと同様の特徴を示した。ただし、変位が小さな領域で、Ｔｅｓｔ−ＢはＴｅｓｔ−Ａに比べて減衰力が増加していることが確認される。
図６９は、往復１００回の本試験で得られた履歴曲線と理論曲線の比較である。図６９では、往復１回目、３４回目、７７回目および１００回目のそれぞれの曲線を示す。図６９より、往復を重ねるごとに減衰力が徐々に増加し、履歴曲線が囲む面積が増加することが確認される。また、減衰力が増加する傾向は変位が小さい時に大きく、変位が大きい時には小さいことが確認できる。
次に、摺動面の摩耗について説明する。往復摺動試験終了後に装置を解体し、各摺動体の摩耗の状況を調べた。摺動体から発生した摩耗粉は凹凸摺動体機構３０２と平面摺動体機構３０５の直下に落下し、それらは発生源が明瞭に特定できるように堆積していた。各摺動体に付着していた摩耗粉を加えた凹凸摺動体機構３０２と平面摺動体機構３０５の摩耗粉の質量はそれぞれ０．３９ｇと０．６３ｇであった。
青銅鋳物製の凹型摺動体３０３の摩耗痕は、摺動面である溝端面３２６ａと溝底面３２６ｂとの境界付近の中央寄り二か所で確認された。溝端面３２６ａの摩耗痕は作動方向の中央部分かつ左右方向の内側部分に集中し、それらの合計面積は約１６００ｍｍ２であった。溝底面３２６ｂの摩耗痕は作動方向の中央部分かつ左右方向の外側部分に集中し、それらの合計面積は約１０００ｍｍ２であった。
ステンレス鋼製の凸型摺動体３０４の摩耗痕は、凹型摺動体３０３の摩耗痕と対向する位置で確認された。ただし、その摩耗痕は凹型摺動体３０３の摩耗痕に比べると不明瞭であった。凹型摺動体３０３の摺動面である溝端面３２６ａおよび溝底面３２６ｂの総面積はそれぞれ１４，９１６ｍｍ２であるので、摩耗痕の面積から判断して、摺動面は摩耗痕が確認された部位で局部的に接触していたと推定される。
青銅鋳物製の外側平板摺動体３０７の摩耗痕は側方軸力材３１１側の二箇所に集中し、それらの合計面積は約２１００ｍｍ２であった。ステンレス鋼製の内側平板摺動体３０６の摩耗痕は、外側平板摺動体３０７の摩耗痕と対向する位置で確認されたが、その摩耗痕は外側平板摺動体３０７の摩耗痕に比べると不明瞭であった。
図７０および図７１は、摺動体の温度の計測位置と往復１００回の本試験時の温度変化である。図７０に示す摺動体の側面に薄型熱電対を張り付けて温度変化を計測した。図７０には摩耗痕の位置（Ｗｅａｒ ｍａｒｋ）を併記する。
図７１に示すように、凹凸摺動体機構３０２（凹型摺動体３０３、凸型摺動体３０４）の温度は往復摺動回数に比例して上昇し、往復１００回後の温度上昇は約２〜３℃であった。平面摺動体機構３０５（内側平板摺動体３０６、外側平板摺動体３０７）の温度は一定振幅に至るまでのアクチュエータの助走過程で約２℃の急激な温度上昇を示し、往復回数が１０回を超えると、往復回数に比例して温度が上昇した。平面摺動体機構３０５では、往復１００回後の温度上昇は約６〜７℃であった。平面摺動体機構３０５から発生した摩耗粉の質量は凹凸摺動体機構３０２のそれの約１．６倍であり、平面摺動体機構３０５の温度上昇は凹凸摺動体機構３０２のそれの約２倍以上であった。
これらより、凹凸摺動体機構３０２に比べて平面摺動体機構３０５の摩耗が大きかったと考えられる。特に、平面摺動体機構３０５は助走から往復１０回までに約４℃の温度上昇を示しているので、平面摺動体機構３０５の摩耗痕は助走から往復１０回までの初期の段階で発生したと推定される。これらの局部的な摩耗は、製作時の摺動面の初期不陸や作動中の各部品の弾性変形による摺動面の不陸によって生じたと考えられる。また、摩耗により生じた摩耗粉が、摺動回数の増加につれて摩擦力が増加する現象に関係していると推定される。ただし、本実施例ではこの現象の解明は行わなかった。
次に、製造原価について言及する。板ばね３１２、凹凸摺動体機構３０２、平面摺動体機構３０５の製作費はそれぞれ全体の３３％、２３％および１０％を占めた。板ばね３１２は素材の外周をワイヤソーで成形し、その後に内周を切削し、内外周を研削にて所定寸法に仕上げた。ばねは熱間曲げ加工で製作することもできるが、この加工法による製作費の見積金額は460千円と切削・研削加工に比べて１５％割高であった。切削・研磨加工に比べて熱間曲げは高強度のばねの製作に向いているので、ばねを小型化する場合は検討の余地があると考えられる。
凹凸摺動体機構３０２の二つの傾斜した摺動面を高精度で成形する作業には傾斜を調整する専用の治具が必要であった。その治具の製作費と二つの数動面の加工時間のために、凹凸摺動体機構３０２の製作費は平面摺動体機構３０５のそれに比べて高くなったと考えられる。板ばね３１２、凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５の製作費の合計は全体の費用の６６％を占めるので、減衰装置３０１の製造原価を低減するためには、これらの部品の製造原価を低減する必要があると考えられる。
本実施例による往復摺動試験の結果から、減衰力と変位の履歴曲線は摺動回数が少ない限りでは理論曲線と実験曲線が良く対応していることから、本実施例に係る振動減衰装置は、変位の絶対値に比例して増加する特性の減衰力を生成することができると考えられる。ただし、装置の製品化にあたっては、摺動回数が増えると徐々に減衰力が増加する課題が認められたので、摺動面の製作精度を向上させることにより摺動面の初期不陸を少なくする、作動中の各部の弾性変形で生じる摺動面の不陸を予測しそれを摺動面の形状に反映させることにより、その課題を解決する必要がある。また、板ばね３１２、凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５の製造原価が装置の製造原価の大部分を占めるので、これらの部材の小型化や加工法の見直しが必要と考えられる。
今後の展開について述べる。第２実施形態に係る減衰装置６１は、少なくとも４個の板ばね６５と少なくとも２組の凹凸摺動機構を必要とする。試作装置の製作費を見積もると、Ｕ型板ばねと凹凸摺動機構が装置全体の製造原価の７７％以上を占めることが予想された。第２実施形態に係る減衰装置６１の場合、実用化にためには制振性能の確保の他、価格競争力の確保も重要であるため、製造原価の大幅な縮減が必要と考えられた。
そこで、振動減衰装置の基本構造を再検討した結果、凹凸摺動体機構と平面摺動体機構を積層することにより、Ｕ型板ばねと凹凸摺動体機構の個数を半減させ、装置の製造原価を大幅に低減できると考えられた。また、理論上、第２実施形態に係る減衰装置６１と同等の制振性能を確保できると考えられた。
凹凸摺動体機構３０２と平面摺動体機構３０５とを積層する第３実施形態に係る減衰装置３０１について、装置を試作し、試作装置の減衰力と変位の履歴特性を往復摺動試験で調べた。その結果、試作装置は変位の絶対値に比例して増加する特性の減衰力を生成できることが確認された。ただし、減衰装置３０１では、往復摺動回数が増えると減衰力が徐々に増加する課題があることが判明した。摺動装置の製作段階の摺動面の初期不陸および作動中の装置各部の変形による摺動面の不陸により発生した摩耗粉が減衰力の増加に影響したと推定された。
第３実施形態に係る減衰装置３０１において、板ばね３１２、凹凸摺動体機構３０２および平面摺動体機構３０５が装置の製造原価に占める割合は６６％になることが確認された。また、第２実施形態に係る減衰装置６１に比べて、製造原価が３２％低減することが判明した。板ばね３１２および凹凸摺動体機構３０２の部品は単品の特注で製作しているため、製品段階においてはこれらの部品の製作法の見直し等により製造原価の低減は可能と考えられる。
以上より、本実施例で検討した凹凸摺動体機構３０２と平面摺動体機構３０５を積層する減衰装置３０１は、第２実施形態の減衰装置６１に比べて、実用性に優れる。高層ビルなどに使用する既往の振動減衰装置の減衰力は１００ｋＮ〜１０００ｋＮ程度である。本実施例に係る減衰装置３０１の最大減衰力は約１０ｋＮである。ただし、解決する課題は有るが、試作した装置の振幅とＰＶ値（摺動面圧×摺動速度）には余裕があるので、試作装置をベースにして最大減衰力１００ｋＮ程度の振動減衰装置の開発は可能と考えられる。
研究課題としては、摺動面の製作精度の向上、装置の弾性変形による摺動面の不陸の予測と解消、Ｕ型板ばねの高性能・小型化、摺動材の組合せの検討などがある。なお、摺動材の組合せとしては、鉛などを固体潤滑材として含有する銅系合金とステンレス鋼の組合せが一般的である。この銅合金・ステンレス鋼の組合せに比べて摩耗量を格段に少なくする先進的な摺動材として、銅を固体潤滑材として含有するセラミックス系焼結材とチタン合金の組合せも考えられる。このような摩耗量の少ない先進的な摺動材が開発できれば、振動減衰装置の適用範囲は超高層ビルの地震動対策の他に風振動対策にも適用が可能となる。
以上のように、本発明は、構造物の固有周期の長短にかかわらずに、小振幅から大振幅までの振動エネルギー吸収を効率的に行える減衰装置の開発を目的として、減衰力としての摩擦力が変位の絶対値に比例して増加する摺動型減衰装置を提案するものである。本発明に係る摺動装置によれば、減衰力が変位に比例し、減衰力が構造物の固有周期に依存せず、多種多様な構造物に対して小振幅から大振幅まで振動エネルギーの吸収を効率的に行うことができる。
１ 減衰装置（振動減衰装置）
２ 摺動体機構
３ 凹型摺動体
４ 凸型摺動体
５ 板ばね（付勢手段）
６ 支持はり
１１ 溝部
１１ａ 溝端面（第１の摺動面）
１１ｂ 溝底面（第２の摺動面）
１２ 突部
１２ａ 肩面（第１の摺動面）
１２ｂ 突部端面（第２の摺動面）
２１ 下側固定部（摺動体側固定部）
２２ 上側固定部（構造物側固定部）
２３ 板ばね部
６１ 減衰装置（振動減衰装置）
６２ 摺動体機構
６３ 凹型摺動体
６４ 凸型摺動体
６５ 板ばね（付勢手段）
６６ 支持体
７１ 溝部
７１ａ 溝端面（第１の摺動面）
７１ｂ 溝底面（第２の摺動面）
７２ 突部
７２ａ 肩面（第１の摺動面）
７２ｂ 突部端面（第２の摺動面）
８１ 固定部（摺動体側固定部）
８２ 固定部（構造物側固定部）
８３ 板ばね部
３０１ 減衰装置（振動減衰装置）
３０２ 凹凸摺動体機構
３０３ 凹型摺動体
３０４ 凸型摺動体
３０５ 平面摺動体機構
３０６ 内側平板摺動体
３０７ 外側平板摺動体
３１２ 板ばね（付勢手段）
３２６ 溝部
３２６ａ 溝端面（第１の摺動面）
３２６ｂ 溝底面（第２の摺動面）
３２７ 突部
３２７ａ 肩面（第１の摺動面）
３２７ｂ 突部端面（第２の摺動面）

Claims (5)

  1. 構造物の振動を抑制する振動減衰装置であって、
    前記構造物に直接的にまたは間接的に固定され互いに対向した状態で相対的に往復摺動可能に設けられる少なくとも一対の摺動体を有する摺動体機構と、
    前記摺動体機構を、相対的に往復摺動する摺動体同士が互いに押し付けられる方向に付勢し、前記一対の摺動体の相対的な摺動による変位量の増加にともなって増加する前記方向の圧縮力を前記摺動体機構に作用させる付勢手段と、を備え、
    前記摺動体機構を構成する各摺動体は、
    摺動する相手方の摺動体に対する相対的な往復摺動の範囲における中立の位置からの、往復摺動する方向のうちの一方の方向への変位量の増加にともなって、前記摺動体機構の、前記摺動体同士が対向する方向の寸法を増大させるような形状を有する第１の摺動面と、
    摺動する相手方の摺動体に対する前記中立の位置からの、往復摺動する方向のうちの他方の方向への変位量の増加にともなって、前記摺動体機構の前記対向する方向の寸法を増大させるような形状を有する第２の摺動面と、を有し、
    前記各摺動体において、前記第１の摺動面と前記第２の摺動面とは、前記相対的な往復摺動の方向について共通の位置に存在する、振動減衰装置。
  2. 前記摺動体同士のうち一方の摺動体は、
    摺動する相手方の摺動体に対向する側の端部に、前記相対的な往復摺動の方向に沿うとともに前記対向する側に開口し、前記相対的な往復摺動の方向視で凹形状となる溝部を有し、
    前記摺動体同士のうち他方の摺動体は、
    前記対向する側の端部に、前記相対的な往復摺動の方向に沿うとともに前記対向する側に突出し、前記相対的な往復摺動の方向視で凸形状となる突部を有し、
    前記摺動体同士は、
    前記溝部の開口側の端面および前記突部の基端面を、前記第１の摺動面および前記第２の摺動面のいずれか一方の摺動面とし、
    前記溝部の底面および前記突部の突出側の端面を、前記第１の摺動面および前記第２の摺動面のいずれか他方の摺動面とする、請求項１に記載の振動減衰装置。
  3. 前記付勢手段は、
    前記摺動体同士のうち一方の摺動体に直接的にまたは間接的に固定される摺動体側固定部と、
    前記構造物に直接的にまたは間接的に固定される構造物側固定部と、
    前記摺動体側固定部および前記構造物側固定部の間に形成され、弾性変形可能な湾曲板状の板ばね部と、を有する、請求項１または請求項２に記載の振動減衰装置。
  4. 前記構造物に直接的にまたは間接的に固定され互いに対向した状態で相対的に往復摺動可能に設けられ、互いの摺動面を平面とする少なくとも一対の摺動体を有する平面摺動体機構をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動減衰装置。
  5. 前記摺動体機構は、前記相対的な往復摺動により伸縮可能に構成され、前記構造物の振動に対する減衰力を、前記相対的な往復摺動による伸縮方向に沿う軸力として作用させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動減衰装置。
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