JP2016176488A - 摩擦ダンパ - Google Patents
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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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015055329A JP2016176488A (ja) | 2015-03-18 | 2015-03-18 | 摩擦ダンパ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11343675A (ja) * | 1998-04-01 | 1999-12-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 制振装置および制振構造物 |
JP2003307253A (ja) * | 2002-04-12 | 2003-10-31 | Ohbayashi Corp | 摩擦ダンパー |
JP2005029648A (ja) * | 2003-07-09 | 2005-02-03 | Akebono Brake Res & Dev Center Ltd | 摩擦材組成物 |
-
2015
- 2015-03-18 JP JP2015055329A patent/JP2016176488A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH11343675A (ja) * | 1998-04-01 | 1999-12-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 制振装置および制振構造物 |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
平井 潤, 立山 壮平: "高信頼性耐震用摩擦ダンパ", 三菱重工技報 VOL.40 NO.5,第302-305頁, JPN6018032348, September 2003 (2003-09-01), JP * |
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