JP2016176488A - 摩擦ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦力を精度良くコントロールすることができる摩擦ダンパを提供する。【解決手段】構造物の振動を抑制する摩擦ダンパ１において、第１摺動面Ｐ１が形成されるスライド板１２と、第１摺動面Ｐ１に接する第２摺動面Ｐ２が形成される摺動板１３と、第１摺動面Ｐ１と第２摺動面Ｐ２とが接する方向に軸力を与える締結部材１５と、を備え、第１摺動面Ｐ１及び第２摺動面Ｐ２の少なくとも一方の表面には、第１摺動面Ｐ１と第２摺動面Ｐ２との間の摩擦係数を調整する摩擦層３０が形成され、摩擦層３０は、摩擦係数が０．４よりも小さく、且つ、摩擦係数の変動が０．１よりも小さくなっている。【選択図】図２

Description

本発明は、構造物の振動を抑制する摩擦ダンパに関するものである。

従来、一方の構造物に取り付けた複数の第１の摺動板と、他方の構造物に取り付けた複数の第２の摺動板と、第１の摺動板と第２の摺動板とを交互に積層し、板面内において摺動するように締結する締め付け具と、を備える制振装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このように構成される制振装置は、正確な履歴特性動作を行って、安定した制動力を発揮している。

特開平１１−３４３６７５号公報

ところで、第１の摺動板と第２の摺動板との間の摩擦力をより安定したものとするためには、第１の摺動板と第２の摺動板との間の摩擦係数をより適切なものに調整する必要がある。

そこで、本発明は、摩擦力を精度良くコントロールすることができる摩擦ダンパを提供することを課題とする。

本発明の摩擦ダンパは、構造物の振動を抑制する摩擦ダンパにおいて、第１摺動面が形成される第１摺動部材と、前記第１摺動面に接する第２摺動面が形成される第２摺動部材と、前記第１摺動面と前記第２摺動面とが接する方向に押圧力を与える押圧部材と、を備え、前記第１摺動面及び前記第２摺動面の少なくとも一方の表面には、前記第１摺動面と前記第２摺動面との間の摩擦係数を調整する摩擦層が形成され、前記摩擦層は、前記摩擦係数が０．４よりも小さく、且つ、前記摩擦係数の変動が０．１よりも小さくなっていることを特徴とする。

この構成によれば、摩擦係数を０．４よりも小さく、且つ、摩擦係数の変動を０．１よりも小さくすることができるため、押圧力（摺動面に対する垂直抗力）に応じて変化する摩擦力の変位を線形関係とすることができ、摩擦力を精度良く調整することができる。

また、前記摩擦係数は、０．１５から０．２の範囲であることが、好ましい。

この構成によれば、摩擦係数の変動をより抑制できることから、摩擦力の変位をより線形とすることができ、摩擦力をより精度良く調整することができる。

また、前記摩擦層は、銅合金系の焼結材料を用いて形成されることが、好ましい。

この構成によれば、一般的な固体潤滑材料（例えば、黒鉛等）に比して剛性の高い材料を用いることができるため、押圧時における摩擦層の変形を小さくすることができ、容易に取り扱うことができる。また、耐摩耗性を有する摩擦層を形成することができるため、経時的な劣化を抑制することができる。

図１は、本実施形態に係る摩擦ダンパを示す正面図である。 図２は、本実施形態に係る摩擦ダンパを示す側面図である。 図３は、本実施形態に係る摩擦ダンパの準静的特性における摩擦力と変位との履歴を示すグラフである。 図４は、本実施形態に係る摩擦ダンパの準静的特性における軸力に応じて変化する摩擦力を示すグラフである。 図５は、本実施形態に係る摩擦ダンパの動的特性における摩擦力と変位との履歴を示すグラフである。 図６は、本実施形態に係る摩擦ダンパの動的特性における軸力に応じて変化する摩擦力を示すグラフである。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態］
本実施形態に係る摩擦ダンパ１は、例えば、建築物等の構造体の振動を抑制する制振装置として用いられている。ここで、図１は、本実施形態に係る摩擦ダンパを示す正面図である。図２は、本実施形態に係る摩擦ダンパを示す側面図である。図３は、本実施形態に係る摩擦ダンパの準静的特性における摩擦力と変位との履歴を示すグラフである。図４は、本実施形態に係る摩擦ダンパの準静的特性における軸力に応じて変化する摩擦力を示すグラフである。図５は、本実施形態に係る摩擦ダンパの動的特性における摩擦力と変位との履歴を示すグラフである。図６は、本実施形態に係る摩擦ダンパの動的特性における軸力に応じて変化する摩擦力を示すグラフである。

図１に示すように、摩擦ダンパ１が設けられる構造体は、例えば、図示しない上梁、下梁５ａ、上梁及び下梁５ａを支える図示しない２本の柱によって形成され、所定の平面内において枠状に形成される架構５を含む構造体となっている。このような枠状の架構５に設けられる摩擦ダンパ１は、２本のブレース１１と、複数のスライド板（第１摺動部材）１２と、複数の摺動板（第２摺動部材）１３と、複数のスペーサ１４と、締結部材（押圧部材）１５とを備えている。

２本のブレース１１は、いわゆる筋交いであり、その一方のブレース１１の一端が上梁と一方の柱とによって形成されるコーナー部に接続部材を介して接続され、その他方のブレース１１の一端が上梁と他方の柱とによって形成されるコーナー部に接続部材を介して接続されている。また、２本のブレース１１は、その他端が下梁５ａの長手方向における中央に位置するように配置される。

複数のスライド板１２は、図１及び図２に示すように、２本のブレース１１の他端に接続されており、各スライド板１２の板面が対向するように積層して配置されている。ここで、複数のスライド板１２の積層方向は、枠状の架構５が配置される所定の平面内に対して、直交する方向となっている。各スライド板１２の中央には、下梁５ａの長手方向に長い長孔２１が貫通形成されている。各スライド板１２は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）を用いた鋼板であり、その板面が、各摺動板１３に接する第１摺動面Ｐ１となっている。

図２に示すように、複数のスペーサ１４は、積層される複数のスライド板１２の間にそれぞれ設けられている。各スペーサ１４は、スライド板１２に対して上梁側に配置されている。複数のスペーサ１４は、複数のスライド板１２と共に、２本の締結ボルト２５によって締結される。

複数の摺動板１３は、図１及び図２に示すように、下梁５ａに取り付けられており、各摺動板１３の板面が対向するように積層して配置されている。ここで、複数の摺動板１３の積層方向は、複数のスライド板１２の積層方向と同じ方向となっており、枠状の架構５が配置される所定の平面内に対して、直交する方向となっている。各摺動板１３の中央には、締結部材１５が挿通される締結孔２２が貫通形成されている。各摺動板１３は、スライド板１２と同様に、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）を用いた鋼板である。

また、下梁５ａに取り付けられた複数の摺動板１３は、積層される複数のスライド板１２の間に配置される。各摺動板１３は、スライド板１２に対して下梁５ａ側に配置されている。複数の摺動板１３は、複数のスライド板１２と共に、締結部材１５によって締結される。このため、各摺動板１３は、その板面が、各スライド板１２に接する第２摺動面Ｐ２となっている。なお、詳細は後述するが、この第２摺動面Ｐ２の表面には、第１摺動面Ｐ１と第２摺動面Ｐ２との間の摩擦係数を調整する摩擦層３０が形成されている。

締結部材１５は、例えば、ボルト及びナットを用いて構成されている。締結部材１５は、複数のスライド板１２に形成される複数の長孔２１と、複数の長孔２１に対して積層方向に重ね合わされる複数の摺動板１３の締結孔２２とに挿通される。この締結部材１５が締結されると、各スライド板１２の第１摺動面Ｐ１と、各摺動板１３の第２摺動面Ｐ２とが接触すると共に、第１摺動面Ｐ１と第２摺動面Ｐ２との間には、所定の軸力（押圧力）に応じた摩擦力が付与される。このとき、各スライド板１２の長孔２１は、下梁５ａの長手方向に長く形成されていることから、各スライド板１２は、摺動板１３に対して、下梁５ａの長手方向への変位が可能となる。

このように構成される摩擦ダンパ１は、架構５が振動すると、２本のブレース１１を介して上梁に取り付けられる複数のスライド板１２と、下梁５ａに取り付けられる複数の摺動板１３とが、第１摺動面Ｐ１及び第２摺動面Ｐ２内で、長孔２１が形成される方向に変位する。このため、摩擦ダンパ１は、第１摺動面Ｐ１と第２摺動面Ｐ２との間に摩擦力が生じることによって、架構５の振動を摩擦熱に変換するため、架構５の振動を吸収する。

次に、摺動板１３の第２摺動面Ｐ２の表面に形成される摩擦層３０について説明する。この摩擦層３０は、銅合金系の焼結材料を焼結することで形成される。具体的に、摩擦層３０は、青銅を主体としたものに、すず及び鉛を加え、且つ、黒鉛を粉体の状態で混合し、これをステンレスの鋼板である摺動板１３の表面上に塗布して焼結し、この後、摺動板１３を圧延して、さらに二次焼結して形成される。

このように構成される摩擦層３０は、第１摺動面Ｐ１と第２摺動面Ｐ２との間の摩擦係数が０．４よりも小さく、且つ、摩擦係数の変動が０．１よりも小さくなっている。具体的に、第１摺動面Ｐ１と第２摺動面Ｐ２との間の摩擦係数は、０．１５から０．２の範囲となっている。このため、第１摺動面Ｐ１と第２摺動面Ｐ２との間の摩擦力は、締結部材１５の軸力に応じて線形に変化する。

次に、図３及び図５を参照して、摩擦ダンパ１の摩擦力と変位との履歴を示すと共に、図４及び図６を参照して、軸力に応じて変化する摩擦力について説明する。

ここで、図３は、摩擦ダンパ１の準静的特性における摩擦力と変位との履歴である。ここで、準静的特性とは、油圧ジャッキ等を用いて、複数の摺動板１３に対して、複数のスライド板１２をゆっくりと変位させたときの特性である。具体的に、図３では、摩擦力が１０００ｋＮとなるように軸力を設定し、この状態において、油圧装置を用いて、複数の摺動板１３に対して、複数のスライド板１２を±４０ｍｍ程度変位させたときの履歴となっている。図３は、その横軸が変位となっており、その縦軸が荷重（摩擦力）となっている。図３に示すように、複数の摺動板１３に対して、複数のスライド板１２を、下梁５ａの長手方向に往行させた場合、１０００ｋＮ程度の一定の摩擦力が生じる。また、複数の摺動板１３に対して、複数のスライド板１２を、下梁５ａの長手方向に復行させた場合、同様に、１０００ｋＮ程度の一定の摩擦力が生じる。

図４は、摩擦ダンパ１の準静的特性における軸力に応じて変化する摩擦力である。図４は、その横軸が軸力となっており、その縦軸が摩擦力となっている。図４に示すように、摩擦ダンパ１の準静的特性における摩擦力は、軸力に応じて線形的な変化となる。ここで、図４では、第１摺動面Ｐ１と第２摺動面Ｐ２とが接触する摩擦面が、１４面となっており、各摩擦面における摩擦係数μは、「μ＝（摩擦力／面数）／軸力」の式から、約０．１８となっている。

図５は、摩擦ダンパ１の動的特性における摩擦力と変位との履歴である。ここで、動的特性とは、油圧ジャッキ等の油圧装置を用いて、複数の摺動板１３に対して、複数のスライド板１２を所定の周期で変位させたときの特性である。具体的に、図５に示すＬ１は、１．０Ｈｚの周期で、油圧装置を用いて、複数の摺動板１３に対して、複数のスライド板１２を変位させたときの履歴となっており、このときの変位は±１５ｍｍ程度となっている。また、図５に示すＬ２は、０．５Ｈｚの周期で、油圧装置を用いて、複数の摺動板１３に対して、複数のスライド板１２を変位させたときの履歴となっており、このときの変位は±３５ｍｍ程度となっている。さらに、図５に示すＬ３は、０．２Ｈｚの周期で、油圧装置を用いて、複数の摺動板１３に対して、複数のスライド板１２を変位させたときの履歴となっており、このときの変位は±３５ｍｍ程度となっている。図５は、その横軸が変位となっており、その縦軸が荷重（摩擦力）となっている。図５に示すように、複数の摺動板１３に対して、複数のスライド板１２を、下梁５ａの長手方向に往復動させた場合、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３において、４００ｋＮ程度の一定の摩擦力が生じる。

図６は、摩擦ダンパ１の動的特性における軸力に応じて変化する摩擦力である。図６は、その横軸が軸力となっており、その縦軸が摩擦力となっている。図６に示すように、摩擦ダンパ１の動的特性における摩擦力は、軸力に応じて線形的な変化となる。ここで、図６では、第１摺動面Ｐ１と第２摺動面Ｐ２とが接触する摩擦面が、６面となっており、各摩擦面における摩擦係数μは、「μ＝（摩擦力／面数）／軸力」の式から、約０．１９となっている。

このように、摩擦ダンパ１の準静的特性及び動的特性における摩擦係数μは、ほぼ同じ値となっており、また、摩擦係数μの変動が０．１よりも小さいことから、軸力に応じた摩擦力の変化が線形関係となる。

以上のように、本実施形態によれば、摩擦係数μを０．４よりも小さく、且つ、摩擦係数μの変動を０．１よりも小さくすることができるため、軸力に応じて変化する摩擦力の変位を線形関係とすることができ、摩擦力を精度良く調整することができる。

また、本実施形態によれば、摩擦係数μを０．１５から０．２の範囲とすることができるため、摩擦係数μの変動をより抑制できることから、摩擦力の変位をより線形とすることができ、摩擦力をより精度良く調整することができる。

また、本実施形態によれば、摩擦層３０を、銅合金系の焼結材料を用いて形成することができる。このため、一般的な固体潤滑材料（例えば、黒鉛等）に比して剛性の高い材料を用いることができるため、軸力の付与時における摩擦層３０の変形を小さくすることができ、容易に取り扱うことができる。また、耐摩耗性を有する摩擦層３０を形成することができるため、経時的な劣化を抑制することができる。

なお、本実施形態では、摩擦層３０に、銅合金系の焼結材料を適用したが、摩擦係数μを０．４よりも小さく、且つ、摩擦係数μの変動を０．１よりも小さくすることができる材料であれば、特に限定されず、例えば、レジン等の樹脂材を適用してもよい。

１ 摩擦ダンパ
５ 架構
５ａ 下梁
１１ ブレース
１２ スライド板（第１摺動部材）
１３ 摺動板（第２摺動部材）
１４ スペーサ
１５ 締結部材（押圧部材）
２１ 長孔
２２ 締結孔
２５ 締結ボルト
３０ 摩擦層
Ｐ１ 第１摺動面
Ｐ２ 第２摺動面

Claims (3)

1. 構造物の振動を抑制する摩擦ダンパにおいて、
   第１摺動面が形成される第１摺動部材と、
   前記第１摺動面に接する第２摺動面が形成される第２摺動部材と、
   前記第１摺動面と前記第２摺動面とが接する方向に押圧力を与える押圧部材と、を備え、
   前記第１摺動面及び前記第２摺動面の少なくとも一方の表面には、前記第１摺動面と前記第２摺動面との間の摩擦係数を調整する摩擦層が形成され、
   前記摩擦層は、前記摩擦係数が０．４よりも小さく、且つ、前記摩擦係数の変動が０．１よりも小さくなっていることを特徴とする摩擦ダンパ。
2. 前記摩擦係数は、０．１５から０．２の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ダンパ。
3. 前記摩擦層は、銅合金系の焼結材料を用いて形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦ダンパ。

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