JP4915705B2 - Friction damper - Google Patents
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Description
本発明は、地震時における第１構造体と第２構造体との相対変位を抑制するために、揺れのエネルギーを吸収し、減衰させるフリクションダンパに関する。 The present invention relates to a friction damper that absorbs and attenuates vibration energy in order to suppress relative displacement between a first structure and a second structure during an earthquake.
従来、フリクションダンパを用いた免震装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この免震装置は、免震支承とフリクションダンパを併用したタイプのものである。免震支承は、転がり支承や滑り支承などで構成されており、基礎と上部建物の間に配置され、上部建物を支持するとともに、地震時に、上部建物と基礎との間の水平方向の相対変位を許容することにより、免震機能を発揮する。 Conventionally, as a seismic isolation device using a friction damper, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known. This seismic isolation device is a type in which a seismic isolation bearing and a friction damper are used in combination. Seismic isolation bearings are composed of rolling bearings, sliding bearings, etc., which are placed between the foundation and the upper building, support the upper building, and, in the event of an earthquake, the horizontal relative displacement between the upper building and the foundation. The seismic isolation function is demonstrated by allowing
また、フリクションダンパは、基礎および上部建物の一方に連結されたシリンダと、他方に連結されるとともに、シリンダ内に移動自在に設けられた水平なロッドと、ロッドに取り付けられた摩擦固定作動体を備えている。 The friction damper includes a cylinder connected to one of the foundation and the upper building, a horizontal rod connected to the other and movably provided in the cylinder, and a friction fixed operating body attached to the rod. I have.
この摩擦固定作動体は、ロッドの外周部に周方向に移動自在に設けられており、外方に駆動され、筒体に圧接されることで、筒体およびロッドを摩擦により固定する風揺れ阻止状態と、内方に駆動され、筒体から離れることで、筒体とロッドとの相対的な移動を許容する免震可能状態に選択的に制御される。また、摩擦固定作動体の制御は、油圧などを用い、地震の発生を検出する地震センサなどの検出結果に応じて自動的に行われる。地震が発生していない常時には、摩擦固定作動体が風揺れ阻止状態に制御されることで、上部建物の風揺れが阻止され、地震の発生時には、摩擦固定作動体が免震可能状態に制御されることで、上記の免震支承による免震機能が発揮される。 This friction fixing operating body is provided on the outer periphery of the rod so as to be movable in the circumferential direction, and is driven outward and pressed against the cylinder to prevent wind sway that fixes the cylinder and the rod by friction. By being driven inward and away from the cylinder, it is selectively controlled to a seismic isolation enabled state that allows relative movement between the cylinder and the rod. Further, the control of the friction fixed operating body is automatically performed according to the detection result of an earthquake sensor or the like that detects the occurrence of an earthquake using hydraulic pressure or the like. When the earthquake does not occur, the friction fixed operating body is controlled to prevent the wind shaking by preventing the wind vibration of the upper building, and when the earthquake occurs, the friction fixed operating body is controlled so that it can be isolated. By doing so, the above-mentioned seismic isolation function is demonstrated.
免震装置に用いられたフリクションダンパに求められる最も重要な機能は、例えば想定内の中・大地震に対して、必要な免震性能を発揮するとともに、想定を超える巨大地震に対しては、十分な減衰性能を発揮することによって、基礎と上部建物との間の過大な相対変位を抑制し、建物の損傷や破損を防止することである。これに対し、上述した従来の免震装置は、地震発生時に、免震支承のみによる免震可能状態に制御されるにすぎないため、想定を超える巨大地震が発生した際、基礎と上部建物との相対変位が免震支承の許容ストロークを超えてしまい、建物の損傷や破損を防止することができない。 The most important function required for the friction damper used in the seismic isolation device is to exhibit the necessary seismic isolation performance for, for example, the expected medium and large earthquakes. By exhibiting sufficient damping performance, excessive relative displacement between the foundation and the upper building is suppressed, and damage and breakage of the building are prevented. On the other hand, the conventional seismic isolation device described above is only controlled to be in a seismic-isolated state by the seismic isolation support at the time of the earthquake occurrence. The relative displacement of the seismic bearing exceeds the allowable stroke of the seismic isolation bearing, and the building cannot be prevented from being damaged or broken.
また、従来の免震装置では、地震発生の検出が、地震センサにより電気的に行われる。しかし、巨大地震時には特に、停電や、センサと信号インターフェースなどの間の断線が発生しやすく、その場合には、センサによる検出が不能になるため、その検出結果に応じた摩擦固定作動体の制御が行えず、所要の免震機能を得ることができなくなる。 Moreover, in the conventional seismic isolation device, the occurrence of an earthquake is detected electrically by an earthquake sensor. However, especially during a huge earthquake, power outages and disconnections between the sensor and the signal interface are likely to occur. In that case, detection by the sensor becomes impossible, and the control of the friction fixed operating body according to the detection result Cannot perform the required seismic isolation function.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、電力を用いることなく、想定を超える巨大地震時などに大きな減衰力を発揮させることにより、第１構造体と第２構造体との間の相対変位を許容ストローク内に確実に抑制することで、第１構造体および第２構造体の損傷や破損などの不具合を防止することができるフリクションダンパを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and by using a large damping force in the event of a huge earthquake exceeding the assumption without using electric power, the first structure and the second structure are provided. An object of the present invention is to provide a friction damper capable of preventing problems such as damage and breakage of the first structure and the second structure by reliably suppressing the relative displacement between the body and the body within an allowable stroke. To do.
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、地震時における第１構造体と第２構造体との相対変位を抑制するために、揺れのエネルギーを吸収し、減衰させるフリクションダンパであって、第１構造体および第２構造体の一方に連結されたシリンダと、第１構造体および第２構造体の他方に連結され、シリンダ内に摺動自在に設けられた第１ピストンと、シリンダ内に摺動自在に設けられ、相対変位が所定値を超えるまでは、第１ピストンに所定の間隔を隔てて対向し、第１ピストンに連結されない状態に保持される第２ピストンと、第１および第２ピストンの互いに対向する端部に設けられ、相対変位が所定値を超えたときに、第１および第２ピストンを互いに連結する連結機構と、第１および第２ピストンが互いに連結された状態で、シリンダと第２ピストンの間にフリクションを作用させることによって、シリンダに対する第２ピストンの摺動を規制するフリクション発生機構と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a friction damper that absorbs and attenuates vibration energy in order to suppress relative displacement between the first structure and the second structure during an earthquake. A cylinder coupled to one of the first structure and the second structure, and a first piston coupled to the other of the first structure and the second structure and slidably provided in the cylinder; , slidably mounted in a cylinder, the relative displacement until it exceeds a predetermined value, and face each other with a predetermined distance to the first piston, a second piston that will be held in a state of not being connected to the first piston, A connection mechanism that is provided at opposite ends of the first and second pistons and connects the first and second pistons to each other when the relative displacement exceeds a predetermined value, and the first and second pistons are connected to each other. Made In, by the action of friction between the cylinder and the second piston, characterized in that it comprises a friction generating mechanism for regulating the sliding of the second piston relative to the cylinder, the.
このフリクションダンパによれば、地震時に第１構造体（例えば基礎）と第２構造体（例えば上部建物）との間の相対変位（以下、単に「相対変位」という）が所定値を超えるまでは、第１および第２ピストンが互いに連結されないことで、フリクション発生機構によるフリクションは作用せず、シリンダと第１ピストンが相対的に自由に移動する。 According to this friction damper, until the relative displacement (hereinafter simply referred to as “relative displacement”) between the first structure (for example, the foundation) and the second structure (for example, the upper building) exceeds a predetermined value during an earthquake. Since the first and second pistons are not connected to each other, the friction generated by the friction generating mechanism does not act, and the cylinder and the first piston move relatively freely.
一方、相対変位が所定値を超えると、第１および第２ピストンが連結機構によって互いに連結される。そして、そのように第１および第２ピストンが連結された状態で、フリクション発生機構によりシリンダと第２ピストンの間にフリクションを作用させることによって、シリンダに対する第２ピストンの摺動が規制される。 On the other hand, when the relative displacement exceeds a predetermined value, the first and second pistons are coupled to each other by the coupling mechanism. Then, in such a state that the first and second pistons are connected, the friction is generated between the cylinder and the second piston by the friction generating mechanism, thereby restricting the sliding of the second piston with respect to the cylinder.
以上のように、想定を超える巨大地震などが発生し、上記の相対変位が所定値に達したときには、第１および第２ピストンが連結されることにより、フリクション発生機構が作動し、そのフリクションによって、減衰機能が発揮される。したがって、相対変位を許容ストローク内に確実に抑制でき、その結果、第１構造体および第２構造体の損傷や破損などの不具合を防止することができる。 As described above, when a huge earthquake exceeding the assumption occurs and the above relative displacement reaches a predetermined value, the first and second pistons are connected to operate the friction generating mechanism. The damping function is demonstrated. Therefore, relative displacement can be reliably suppressed within the allowable stroke, and as a result, problems such as damage and breakage of the first structure and the second structure can be prevented.
また、フリクション発生機構は、第１および第２ピストンの機械的な連結によって作動し、電力をまったく必要としないので、巨大地震時などに停電などが生じた場合でも、フリクションダンパの減衰機能を確実に発揮することができる。 In addition, the friction generation mechanism operates by mechanically connecting the first and second pistons and does not require any power, so the damping function of the friction damper is ensured even in the event of a power failure during a major earthquake. Can be demonstrated.
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のフリクションダンパにおいて、連結機構は、第１および第２ピストンの一方に設けられたソケットと、第１および第２ピストンの他方に設けられ、相対変位が所定値を超えたときに、ソケットに嵌合することにより連結されるプラグと、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the friction damper according to claim 1, wherein the coupling mechanism is provided in the socket provided in one of the first and second pistons and in the other of the first and second pistons. And a plug connected by being fitted to the socket when the displacement exceeds a predetermined value.
この構成によれば、相対変位が所定値を超えたときに、第１および第２ピストンの一方に設けられたソケットと、他方に設けられたプラグが嵌合することによって、第１および第２ピストンが連結される。このように、互いに嵌合するソケットとプラグという比較的単純な構成によって、第１および第２ピストンの連結を確実に行うことができる。 According to this configuration, when the relative displacement exceeds a predetermined value, the socket provided on one of the first and second pistons and the plug provided on the other are fitted, whereby the first and second The piston is connected. In this way, the first and second pistons can be reliably connected by a relatively simple configuration of the socket and the plug that fit together.
請求項３に係る発明は、請求項２に記載のフリクションダンパにおいて、プラグは、外周面に周方向に連続するボール係合溝を有し、ソケットは、周壁にその周方向に沿って複数のボール収容孔が形成された筒状のソケット本体と、複数のボール収容孔の各々に収容され、周壁の内方に部分的に突出するボールと、外周面にストッパ係合部を有し、ソケット本体の外側に、ソケット本体の長さ方向に沿って移動自在に嵌合するスリーブと、スリーブをプラグ側に向かって付勢するスプリングと、ソケット本体内に、ソケット本体の長さ方向に摺動自在に設けられた摺動駒と、摺動駒と一体に設けられたストッパと、を有し、ソケットは、ストッパが係合部に係合することにより、スリーブがプラグと反対側に退避した状態でセットされるとともに、プラグが嵌合したときに、摺動駒がプラグによって、押圧され、移動することにより、ストッパがストッパ係合部から外れ、スリーブがスプリングのばね力でプラグ側に移動することによって、ボールがプラグのボール係合溝に係合した状態で、プラグをロックするように構成されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the friction damper according to the second aspect, the plug has a ball engaging groove continuous in the circumferential direction on the outer peripheral surface, and the socket has a plurality of circumferentially extending along the circumferential direction. A socket body having a cylindrical socket body with a ball housing hole, a ball housed in each of the plurality of ball housing holes, partially protruding inward of the peripheral wall, and a stopper engaging portion on the outer peripheral surface. A sleeve that movably fits along the length of the socket body on the outside of the body, a spring that urges the sleeve toward the plug, and slides in the length of the socket body within the socket body. The socket has a sliding piece provided freely and a stopper provided integrally with the sliding piece, and the socket is retracted to the opposite side of the plug when the stopper is engaged with the engaging portion. When set in the state When the plug is fitted, the sliding piece is pressed and moved by the plug, so that the stopper is detached from the stopper engaging portion, and the sleeve is moved to the plug side by the spring force of the spring. Is configured to lock the plug while engaged with the ball engaging groove of the plug.
この構成によれば、ソケット本体内に設けられた摺動駒と一体のストッパが、ソケット本体の外側に移動自在に嵌合するスリーブのストッパ係合部に係合することにより、ソケットは、スリーブがプラグと反対側に退避した状態であらかじめセットされる。この状態から地震などが発生し、相対変位が所定値を超えたときに、ソケットとプラグが嵌合する。この嵌合に伴い、ボールがプラグのボール係合溝に係合するとともに、プラグがソケット本体内の摺動駒を押圧し、移動させる。この摺動駒の移動に伴い、それと一体のストッパがスリーブのストッパ係合部から外れることによって、スリーブがスプリングのばね力によってプラグ側に移動する。このスリーブの移動により、ソケットは、ボールがプラグのボール係合溝に係合することによって、プラグをロックする。以上のように、地震時などに相対変位が所定値を超えたときに、プラグとソケットが嵌合することで、第１および第２ピストンを確実に連結できるとともに、ソケットおよびプラグがロックされることにより、第１および第２ピストンの連結状態を確実に維持することができる。 According to this configuration, the stopper integrated with the sliding piece provided in the socket main body engages with the stopper engaging portion of the sleeve movably fitted to the outside of the socket main body, so that the socket Is set in advance in a state of being retracted to the opposite side of the plug. When an earthquake or the like occurs from this state and the relative displacement exceeds a predetermined value, the socket and the plug are fitted. With this fitting, the ball engages with the ball engaging groove of the plug, and the plug presses and moves the sliding piece in the socket body. As the sliding piece moves, the stopper integral with the sliding piece is disengaged from the stopper engaging portion of the sleeve, so that the sleeve moves to the plug side by the spring force of the spring. By this movement of the sleeve, the socket locks the plug by the ball engaging with the ball engaging groove of the plug. As described above, when the relative displacement exceeds a predetermined value at the time of an earthquake or the like, the first and second pistons can be reliably connected by fitting the plug and the socket, and the socket and the plug are locked. Thus, the connected state of the first and second pistons can be reliably maintained.
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のフリクションダンパにおいて、フリクション発生機構は、第２ピストンの外周面に設けられた摩擦材と、摩擦材を取り囲むように設けられ、シリンダに連結されるとともに、摩擦材を第２ピストンに対して締め付けることにより、フリクションを付与するための締付けバンドと、を有していることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the friction damper according to any one of claims 1 to 3, wherein the friction generating mechanism is provided so as to surround the friction material provided on the outer peripheral surface of the second piston and the friction material. And a fastening band for applying friction by fastening the friction material to the second piston while being connected to the cylinder.
この構成によれば、締付けバンドによって外方から摩擦材を第２ピストンに対して締め付けることにより、摩擦材によるフリクションを確実に作用させることができる。したがって、フリクション発生機構のフリクションを確保することができ、それにより安定した減衰機能を確保することができる。 According to this configuration, the friction material can be reliably caused to act by tightening the friction material against the second piston from the outside by the tightening band. Therefore, the friction of the friction generating mechanism can be ensured, and thereby a stable damping function can be ensured.
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のフリクションダンパにおいて、締付けバンドは、第２ピストンの長さ方向に配置された、複数の締付けバンドで構成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the friction damper according to claim 4, wherein the tightening band is composed of a plurality of tightening bands arranged in the length direction of the second piston.
この構成によれば、締付けバンドの数と、その締付け力を調整することによって、フリクション発生機構のフリクションの調整を容易に行うことができる。 According to this configuration, the friction of the friction generating mechanism can be easily adjusted by adjusting the number of tightening bands and the tightening force thereof.
請求項６に係る発明は、請求項４または５のいずれかに記載のフリクションダンパにおいて、フリクション発生機構は、摩擦材および締付けバンドの両側に設けられた一対のサイドプレートと、シリンダと一体に設けられ、一対のサイドプレートの外側に、間隔を隔ててそれぞれ配置された一対のばね座と、一対のばね座と一対のサイドプレートの間にそれぞれ設けられた一対のスプリングと、をさらに有することを特徴とする。
The invention according to
この構成によれば、第１および第２ピストンが連結された後の初期において、まずスプリングのばね力が作用し始めるとともに、このばね力は、相対変位が増大するのに伴って次第に増大する。その後、締付けバンドの締付け具合により設定された摩擦材の設定フリクションにスプリングの荷重が達すると、フリクションが作用する。このため、第１および第２ピストンの連結直後にフリクション発生機構のフリクションが急激に作用することがなく、フリクション発生機構の減衰機能を滑らかに発揮することができる。 According to this configuration, at the initial stage after the first and second pistons are connected, first, the spring force of the spring starts to act, and this spring force gradually increases as the relative displacement increases. Thereafter, when the load of the spring reaches the set friction of the friction material set by the tightening condition of the tightening band, the friction acts. For this reason, the friction of the friction generating mechanism does not act abruptly immediately after the first and second pistons are connected, and the damping function of the friction generating mechanism can be exhibited smoothly.
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明の第１実施形態によるフリクションダンパ１０と、オイルダンパ２０および免震支承３で構成される免震装置を、戸建住宅建物の基礎１に設けた例を示している。この例では、免震支承３は、計１０個、基礎１の全体にマトリックス状に配置されている。フリクションダンパ１０およびオイルダンパ２０は、基礎１の四辺に沿ってそれぞれ１個ずつ計８個、免震支承３を取り囲むように交互に配置されている。
FIG. 1 shows an example in which a
図２に示すように、上部建物２の土台６の下側には、Ｈ鋼を組んだ鉄骨架台９が一体に設けられている。免震支承３は、転がりタイプのものであり、鉄骨架台９の下面に取り付けられた回転自在のボール３ａと、基礎１上に設けられ、ボール３ａが転動する転がり面４を備えている。転がり面４は、地震後にボール３ａが自重でもとの位置に復帰できるよう、水平面に対してわずかに傾斜した逆円錐状に形成されている。また、転がり面４の外周部には、ボール３ａの転動を規制する金属製のリング状のストッパ５が設けられている。以上の構成により、地震時に、ボール３ａは、ストッパ５を乗り越えない許容ストロークの範囲内において転がり面４上を転がり、それにより、免震支承３は、地震の揺れを上部建物２に伝えにくくする免震効果を発揮する。
As shown in FIG. 2, a
オイルダンパ２０は、周知のものであり、地震時に相対変位が免震支承３の許容ストローク内の所定値を超えたときに、油圧抵抗により減衰機能を発揮する。
The
一方、フリクションダンパ１０は、鉄骨架台９の下面に固定されたブラケット７と、基礎１の上面に固定されたブラケット８との間に設けられている。また、基礎１の互いに対向する二辺に配置されたフリクションダンパ１０、１０は、基礎１と上部建物２との同じ相対変位に対して、一方のフリクションダンパ１０の後述する第１および第２ピストン２５、２６が互いに近づく方向に移動するのに対し、他方のフリクションダンパ１０の第１および第２ピストン２５、２６が互いに離れる方向に移動するように設けられている。
On the other hand, the
図３および図４に示すように、フリクションダンパ１０は、シリンダ１１と、シリンダ１１内にそれぞれ摺動自在に設けられ、互いに所定の間隔を隔てて対向する第１ピストン２５および第２ピストン２６と、第１および第２ピストン２５、２６の互いに対向する端部に設けられ、地震時に両ピストン２５、２６を互いに連結するための連結機構３１と、第２ピストン２６の外周面に取り付けられ、地震時にシリンダ１１と第２ピストン２６の間にフリクションを発生させるためのフリクション発生機構５１とを備えている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
シリンダ１１は、所定の長さと一定の径を有する細長い円筒状のものである。シリンダ１１には、その径方向に互いに対向する２つの第１窓部１１ａ、１１ａと、第１窓部１１ａ、１１ａにシリンダ１１の長さ方向に所定の間隔を隔てて配置され、径方向に互いに対向する２つの第２窓部１１ｂ、１１ｂが形成されている。第１窓部１１ａおよび第２窓部１１ｂはいずれも、シリンダ１１の長さ方向に延びる長孔状のものである。
The
以下、説明の便宜上、シリンダ１１の第１および第２窓部１１ａ、１１ｂ以外の部分のうち、第１窓部１１ａとその側のシリンダ１１の一端部との間の部分を「第１シリンダ部１１ｃ」、第２窓部１１ｂとシリンダ１１の他端部との間の部分を「第２シリンダ部１１ｄ」、第１および第２窓部１１ａ、１１ｂの間の部分を「中間シリンダ部１１ｅ」という。
Hereinafter, for convenience of explanation, a portion between the
図４に示すように、シリンダ１１の内部には、シリンダキャップ１２、ピストンガイド１３、エンドキャップ１４、第１〜第３スペーサ１５、１６、１７などが取り付けられている。
As shown in FIG. 4, a
シリンダキャップ１２は、中心にガイド孔１２ａを有するリング状のものであり、第１シリンダ部１１ｃの外端部にねじ込まれている。ピストンガイド１３もまた、中心にガイド孔１３ａを有するリング状のものであり、第１シリンダ部１１ｃの中央付近に嵌合している。エンドキャップ１４は、円盤状のものであり、第２シリンダ部１１ｄの外端部にねじ込まれている。また、エンドキャップ１４には、ロッドエンド２７がねじ込まれるとともに、ロックナット２８が取り付けられており、このロッドエンド２７を介して、シリンダ１１がブラケット７に連結されている。
The
第１〜第３スペーサ１５、１６、１７は、それぞれ所定の長さを有する薄肉の円筒状のものである。第１スペーサ１５は、シリンダキャップ１２とピストンガイド１３の間に配置され、これらに挟持された状態で、第１シリンダ部１１ｃに嵌合している。第２スペーサ１６は、第１シリンダ部１１ｃの中央付近から中間シリンダ部１１ｅの第２窓部１１ｂ側の端部付近まで延びており、端部がピストンガイド１３に当接した状態で、シリンダ１１に嵌合している。また、第２スペーサ１６には、シリンダ１１の第１窓部１１ａ、１１ａに対応する位置に、第１窓部１１ａと同じ形状および大きさの長孔状の２つの第１窓部１６ａ、１６ａが形成されている。第３スペーサ１７は、第２シリンダ部１１ｂに嵌合しており、エンドキャップ１４に当接している。
The first to
第１ピストン２５は、丸棒状のものであり、シリンダ１１に部分的に挿入されるとともに、シリンダキャップ１２のガイド孔１２ａおよびピストンガイド１３のガイド孔１３ａに挿入され、摺動自在に支持されている。第１ピストン２５の内端部には、ねじ穴２５ａが形成されている。また、シリンダ１１から突出する第１ピストン２５の外端部には、ロッドエンド２９がねじ込まれるとともに、ロックナット３０が取り付けられており、このロッドエンド２９を介して、第１ピストン２５がブラケット８に連結されている。
The
第２ピストン２６は、丸棒状のものであり、後述する一対のサイドプレート５２、５２のガイド孔５２ａ、５２ａおよび一対のばね座５５、５５のガイド孔５５ａ、５５ａに挿入され、摺動自在に支持されている。また、第２ピストン２６の第１ピストン２５側の端部には、ねじ穴２６ａが形成されている。
The
図５に示すように、連結機構３１は、第１ピストン２５の内端部に取り付けられたプラグ３２と、これに対向する第２ピストン２６の端部に取り付けられたソケット３５を備えている。地震時に、これらのプラグ３２とソケット３５が互いに嵌合することによって、第１および第２ピストン２５、２６が連結される。
As shown in FIG. 5, the
プラグ３２は、プラグ本体３３および当接駒３４を有している。プラグ本体３３は、円筒状のものであり、第１ピストン２５のねじ穴２５ａにねじ込まれている。また、プラグ本体３３の外周面には、その周方向の全体にわたって、ボール係合溝３３ａが形成されている。当接駒３４は、短い円柱状のものであり、プラグ本体３３のソケット３５側の内端部に圧入されている。
The
ソケット３５は、ソケット本体３６、複数のボール３７（１つのみ図示）、スリーブ３８、スプリング３９、摺動駒４０、ストッパ４１およびストッパリング４２を有している。
The
ソケット本体３６は、円筒状のものであり、第２ピストン２６のねじ穴２６ａにねじ込まれている。また、ソケット本体３６には、プラグ３２側の一端から中央付近まで延びるプラグ嵌合孔３６ａと、このプラグ嵌合孔３６ａから連続して第２ピストン２６側に延びる、より小径の摺動駒ガイド孔３６ｂが形成されており、この摺動駒ガイド孔３６ｂに摺動駒４０が摺動自在に嵌合している。
The
また、ソケット本体３６には、プラグ３２側の端部の周壁に、周方向に間隔を隔てて複数のボール収容孔３６ｃが形成されており、各ボール収容孔３６ｃは、プラグ本体３６の内方に向かって狭まるように傾斜している。各ボール収容孔３６ｃには、ボール３７が収容されており、ボール３７は、ソケット本体３６のプラグ嵌合孔３６ａに部分的に突出している。また、ソケット本体３６のプラグ３２側の外周面の端部には、その周方向の全体にわたって、ストッパリング係合溝３６ｄが形成されている。
The
スリーブ３８は、リング状のものであり、ソケット本体３６の外側に長さ方向に沿って移動自在に嵌合している。スプリング３９は、コイルばねで構成されており、ソケット本体３６とスリーブ３８の間に配置され、スリーブ３８をプラグ３２側に付勢している。
The
また、スリーブ３８の外周面には、その周方向の全体にわたって、ストッパ係合溝３８ａが形成されている。一方、前述した摺動駒４０には、スタッド４３が上方からねじ込まれており、このスタッド４３とナットによってストッパ４１が固定されている。ストッパ４１は、平板状のものであり、その先端のフック部４１ａが、ストッパ係合溝３８ａに係合可能になっている。
A
ストッパリング４２は、周方向に一部を切り欠いたリング状のものであり、ソケット本体３６のストッパリング係合溝３６ｄにスナップ嵌めされており、ソケット本体３６の径方向外方に若干、突出している。
The
次に、上記連結機構３１による連結動作を説明する。まず、連結機構３１は、図５に示すような初期状態でセットされる。すなわち、ソケット３５のスリーブ３８をプラグ３２と反対側に移動させ、スプリング３９のばね力によりスリーブ３８をプラグ３２側に付勢した状態で、ストッパ４１のフック部４１ａをスリーブ３８のストッパ係合溝３８ａに係合させる。
Next, the connecting operation by the connecting
この初期状態から、地震時に基礎１と上部建物２との間の相対変位ＤＲが発生すると、プラグ３２は、例えばソケット３５側に移動し、相対変位ＤＲが所定値を超えたときに、ボール３７を外方に移動させながらソケット３５のプラグ嵌合孔３６ａに嵌合する。この嵌合に伴い、当接駒３４が摺動駒４０を押圧し、移動させる。この摺動駒４０の移動に伴い、これとスタッド４３を介して一体のストッパ４１が、スリーブ３８のストッパ係合溝３８ａから外れる。それに伴い、スリーブ３８は、スプリング３９のばね力によって、ストッパリング４２に当接するまでプラグ３２側に移動する。このスリーブ３８の移動により、ボール３７がプラグ３２のボール係合溝３３ａに係合し、それにより、ソケット３５とプラグ３２が互いにロックされる。これにより、第１および第２ピストン２５、２６が、抜け止め状態で一体に連結される。
From this initial state, when a relative displacement DR between the foundation 1 and the upper building 2 occurs during an earthquake, the
図６および図７に示すように、フリクション発生機構５１は、一対のサイドプレート５２、５２、摩擦材５３、締付けバンド５４、一対のばね座５５、５５、および一対のスプリング５６、５６などを備えており、地震時に、連結機構３１により第１および第２ピストン２５、２６が連結されたときに、シリンダ１１と第２ピストン２６の間にフリクションを作用させるものである。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
一対のサイドプレート５２、５２は、それぞれ中心にガイド孔５２ａを有するリング状のものである。また、両サイドプレート５２、５２は、周方向に等間隔に設けられた４本の固定軸５９の両端部にそれぞれ固定されており、ガイド孔５２ａに第２ピストン２６が通され、固定軸５９が第２ピストン２６を取り囲んだ状態で、第２ピストン２６に取り付けられている。
The pair of
摩擦材５３は、４つの摩擦材５３で構成され、ナイロン樹脂などから成る所定の厚さを有するシート状のものであり、隣り合う各２つの固定軸５９、５９間に配置され、第２ピストン２６の外周面に敷かれている。
The
締付けバンド５４は、第２ピストン２６の長さ方向に互いに隣接する５つの締付けバンド５４で構成されている。各締付けバンド５４は、２つのバンド材５４ａで構成されている。各バンド材５４ａは、円弧状の締付け部５４ｂと、締付け部５４ｂの両端部からそれぞれ延びる直線状の固定部５４ｃ、５４ｃで構成されている。締付けバンド５４は、両バンド材５４ａ、５４ａが摩擦材５３に接した状態で、それらの一方の端部同士が、スペーサとしての駒５４ｄを介してボルト５７およびナット５８によって固定され、他方の端部同士が、ボルト５７およびナット５８によって固定されている。この構成により、摩擦材５３は、締付けバンド５４によって第２ピストン２６に対して締め付けられている。
The
一対のばね座５５、５５はそれぞれ、中心にガイド孔５５ａ、５５ａを有するリング状のものであり、各ガイド孔５５ａに第２ピストン２６が通されるとともに、シリンダ１１の第２窓部１１ｂの両端部に配置されている。具体的には、一方のばね座５５は、シリンダ１１の第２窓部１１ａの一方の縁部に嵌合するとともに、第２スペーサ１６に当接している。また、他方のばね座５５は、他方の第２窓部１１ｂの縁部に嵌合するとともに、第３スペーサ１８に当接している。
The pair of
一対のスプリング５６、５６はそれぞれ、コイルばねであり、サイドプレート５２とばね座５５との間に配置されている。また、スプリング５６、５６のばね力は、シリンダキャップ１２のねじ込み量を調整することにより、第１スペーサ１５や、ピストンガイド１３、第２スペーサ１６およびばね座５５を介して、第２スペーサ１６に当接するスプリング５６を進退させることにより、所定の予荷重を与えた状態で調整される。その結果、スプリング５６、５６のばね特性および両者の合成ばね特性は、それぞれ図８のａ〜ｃのようになる。
Each of the pair of
次に、以上の構成のフリクションダンパ１０の動作について説明する。まず、フリクションダンパ１０は、図４に示すように、第１および第２ピストン２５、２６が互いに所定の間隔を隔てて対向するとともに、スプリング５５、５５が所定の予荷重を与えられた初期状態でセットされる。この初期状態から、地震の発生に伴い、基礎１と上部建物２の間に相対変位ＤＲが発生すると、例えば、ブラケット７に連結された第１ピストン２５が、ブラケット８に連結されたシリンダ１１に対して近づく方向（図４の右側）に相対的に移動する。この場合、この相対変位ＤＲが所定値を超えるまでは、第１および第２ピストン２５、２６が互いに連結されないことで、シリンダ１１と第１ピストン２５は相対的に自由に移動し、フリクション発生機構５１によるフリクションは作用しない（図９の区間Ａ）。したがって、免震支承３による免震機能およびオイルダンパ２０による減衰機能が発揮される。
Next, the operation of the
一方、相対変位ＤＲが所定値を超えると、連結機構３１の前述した動作により、プラグ３２がソケット３５に嵌合することによって、第１および第２ピストン２５、２６が一体に連結される。以下、このように連結された状態の第１および第２ピストン２５、２６を「連結ピストン２５、２６」という。
On the other hand, when the relative displacement DR exceeds a predetermined value, the first and
相対変位ＤＲがさらに大きくなると、連結ピストン２５、２６がさらに右側に移動するのに伴い、それと一緒に締付けバンド５４などが右側に移動することによって、第２スペーサ１６に当接する第２シリンダ部１１ｄ側のスプリング５６が圧縮されるとともに、中間シリンダ部１１ｅ側のもう１つのスプリング５６が伸長する。これらのスプリング５６、５６の伸縮により、図８に示すように、両スプリング５６、５６の合成ばね力は、両ピストン２５、２６が連結された時の中立点を基準とする変位に比例して増大し、シリンダ１１と連結ピストン２５、２６の間にばね抵抗として作用する（図９の区間Ｂ）。
When the relative displacement DR is further increased, the tightening
その後、締付けバンド５４の締め付け具合により設定された摩擦材５３の設定フリクションにスプリング５６の荷重が達すると、スプリング５６がそれ以上、伸縮しなくなるとともに、摩擦材５３は、右側に移動する連結ピストン２５、２６に対してフリクションを作用させる。これにより、シリンダ１１に対する連結ピストン２５、２６の移動が規制され、基礎１および上部建物２の間の相対変位が免震装置の許容ストローク内に抑制される（図９の区間Ｃ）。
Thereafter, when the load of the
この状態から、地震の揺れの反転に伴って相対変位ＤＲが反転すると、それに応じて、連結ピストン２５、２６は、左側へ移動し、上記の右側への移動時と逆の動作により、スプリング５６、５６のばね抵抗が作用した状態を経て、摩擦材５３によるフリクションが作用する。以降、このような地震の揺れの反転に伴い、以上のような動作が繰り返し行われる。
From this state, when the relative displacement DR is reversed in accordance with the reversal of the shaking of the earthquake, the
なお、地震時に第１ピストン２５が第２ピストン２６に対して離れる方向（図４の左側）に最初に移動した場合には、第１ピストン２５がシリンダ１１に対して摺動するだけであり、連結機構３１による第１および第２ピストン２５、２６の連結は行われず、フリクション発生機構５１による減衰機能も発揮されない。その場合には、第１および第２ピストン２５、２６の相対的に逆方向に移動するように設けられた他のフリクションダンパ１０が、地震時の最初に減衰機能を発揮する。その後、第１ピストン２５の移動方向が反転したときに、上述したようにして、第１および第２ピストン２５、２６が連結され、フリクションダンパ１０による減衰機能が発揮される。
In addition, when the
以上のように、本実施形態のフリクションダンパ１０によれば、基礎１と上部建物２との相対変位ＤＲが所定値に達したときに、フリクション発生機構５１が作動することによって、減衰機能が発揮される。したがって、相対変位ＤＲを免震装置の許容ストローク内に確実に抑制でき、その結果、上部建物２の損傷や破損を防止することができる。
As described above, according to the
また、フリクション発生機構５１が、第１および第２ピストン２５、２６の機械的な連結によって作動し、電力をまったく必要としないので、巨大地震時に停電などが生じた場合でも、フリクションダンパ１０の減衰機能を確実に発揮することができる。
In addition, since the
また、連結機構３１による第１および第２ピストン２５、２６の連結を、プラグ３２およびソケット３５という比較的単純な構成によって、確実に行うことができる。また、嵌合したプラグ３２およびソケット３５が、スリーブ３８およびボール３７などでロックされることにより、第１および第２ピストン２５、２６の連結状態を確実に維持することができる。
Further, the connection of the first and
また、締付けバンド５４によって外方から摩擦材５３を第２ピストン２６に対して締め付けることにより、摩擦材５３によるフリクションを確実に作用させることができる。したがって、フリクション発生機構５１のフリクションを確保することができ、それにより安定した減衰機能を確保することができる。また、締付けバンド５４が、第２ピストン２６の長さ方向に配置された５つの締付けバンド５４で構成されているので、その締付け力を調整することによって、フリクション発生機構５１のフリクションの調整を容易に行うことができる。
In addition, the
また、第１および第２ピストン２５、２６が連結された後の初期の状態では、まずスプリング５６、５６のばね力が作用し、その後、フリクション発生機構５１が作用するので、第１および第２ピストン２５、２６の連結直後にフリクション発生機構５１のフリクションが急激に作用することがなく、フリクション発生機構５１の減衰機能を滑らかに発揮することができる。
Further, in the initial state after the first and
次に、図１０を参照しながら、本発明の第２実施形態によるフリクションダンパを説明する。このフリクションダンパ６０は、シリンダ６２と、シリンダ６２に設けられた第１ピストン６３および第２ピストン６４などを備えている。
Next, a friction damper according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
第１ピストン６３は、シリンダ６２内に設けられたリング状のシリンダキャップ１２およびピストンガイド１３に通され、摺動自在に支持されている。また、第１ピストン６３の第２ピストン６４に対向する端部は、嵌合部６３ａになっており、この嵌合部６３ａは、斜めに面取りされるとともに、それに近接した位置にボール係合溝６３ｂが形成されている。
The
第２ピストン６４は、短い円柱状のものであり、第１ピストン６３と所定の間隔を隔てて配置されている。第２ピストン６４の第１ピストン６３に対向する側の面には、第１ピストン６３の嵌合部６３ａと相補的な形状を有する嵌合穴６４ａが形成されている。この嵌合穴６４ａの周壁には、複数のボール６５が設けられている。
The
本実施形態では、これらの第１ピストン６３の嵌合部６３ａ、第２ピストン６４の嵌合穴６４ａおよびボール６５によって、連結機構６６が構成されている。
In the present embodiment, a
また、第２ピストン６４とシリンダ６２の周壁との間には、弾性材６７および摩擦材６８が、第２ピストン６４側から順に設けられている。弾性材６７はゴムなどで構成され、摩擦材６８はナイロン樹脂などで構成されている。また、摩擦材６８は、図示しない適当な手段、例えば油圧によって、シリンダ６２の周壁に押し付けられている。
Further, between the
本実施形態では、これらの弾性材６７および摩擦材６８によって、フリクション発生機構６９が構成されている。
In the present embodiment, the
以上の構成によれば、第１実施形態と同様、相対変位ＤＲが所定値を超えたときに、第１ピストン６３の嵌合部６３ａが第２ピストンの嵌合穴６４ａに嵌合することにより、第１および第２ピストン６３、６４が互いに連結される。このとき、ボール６５がボール係合溝６３ｂに係合することにより、第１および第２ピストン６３、６４が抜け止め状態でロックされる。
According to the above configuration, as in the first embodiment, when the relative displacement DR exceeds a predetermined value, the
この状態で、相対変位ＤＲがさらに大きくなると、シリンダ６２と第２ピストン６４の間に、弾性材６７によるクッションが働いた状態で、摩擦材６８によるフリクションが、シリンダ６２と第２ピストン６４の間に作用することによって、フリクションダンパ６０による減衰機能が発揮される。これにより、第１実施形態と同様、シリンダ６２に対する第１および第２ピストン６３、６４の移動が規制され、基礎１および上部建物２の間の相対変位が免震装置の許容ストローク内に抑制される。
In this state, when the relative displacement DR is further increased, the friction caused by the
その後、第１および第２ピストン６３、６４の移動方向が反転した場合には、摩擦材６８によるフリクションが同様に発生し、それによる減衰機能によって、第１および第２ピストン６３、６４の移動が規制される。
Thereafter, when the moving directions of the first and
以上のように、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、摩擦材６８が第２ピストン６４によってシリンダ６２に直接、押圧されるので、第１実施形態と比較して、シリンダ６４および第２ピストン６４の長さを短くすることができ、ひいてはフリクションダンパ６０全体をコンパクトにすることができる。
As described above, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In the present embodiment, since the
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１実施形態では、締付けバンド５４の数が５つであるが、その数を変更してもよく、それにより、フリクションを容易に調整することができる。
In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the first embodiment, the number of the tightening
また、第１および第２実施形態では、フリクションダンパ１０、６０を、転がりタイプの免震支承３およびオイルダンパ２０と組み合わせることによって免震装置を構成しているが、滑りタイプの免震支承と組み合わせることによって免震装置を構成してもよい。
Further, in the first and second embodiments, the seismic isolation device is configured by combining the
また、実施形態では、第１および第２構造体をそれぞれ基礎１および上部建物２とし、フリクションダンパ１０、６０を免震装置とともに用い、地震時における第１および第２構造体の相対変位ＤＲを抑制する場合について説明したが、本発明はこれに限らず広く適用することができる。例えば、第１および第２構造体を１つの建物内の上層部および下層部とし、フリクションダンパ１０、６０を、上・下層部間の相対変位ＤＲを抑制する建物の制振装置として用いてもよい。また、第１および第２構造体をそれぞれ、建物および建物内に設置された機械や装置とし、あるいは建物内に設置された２つの機械や装置としても良く、それにより、これらの間の相対変位ＤＲをフリクションダンパ１０、６０で抑制することによって、機械などの破損や損傷などの不具合を防止することができる。
In the embodiment, the first and second structures are the foundation 1 and the upper building 2, respectively, and the
１ 基礎（第１構造体）
２ 上部建物（第２構造体）
３ 免震支承
１０ フリクションダンパ
１１ シリンダ
２５ 第１ピストン
２６ 第２ピストン
３１ 連結機構
３２ プラグ
３３ａ ボール係合溝
３５ ソケット
３６ ソケット本体
３６ｃ ボール収容孔
３７ ボール
３８ スリーブ
３８ａ ストッパ係合溝（ストッパ係合部）
３９ スプリング
４０ 摺動駒
４１ ストッパ
５１ フリクション発生機構
５２ サイドプレート
５３ 摩擦材
５４ 締付けバンド
５５ ばね座
５６ スプリング
６０ フリクションダンパ
６２ シリンダ
６３ 第１ピストン
６４ 第２ピストン
６５ 連結機構
６９ フリクション発生機構
ＤＲ 相対変位
1 Foundation (first structure)
2 Upper building (second structure)
DESCRIPTION OF
39
Claims (6)
前記第１構造体および前記第２構造体の一方に連結されたシリンダと、
前記第１構造体および前記第２構造体の他方に連結され、前記シリンダ内に摺動自在に設けられた第１ピストンと、
前記シリンダ内に摺動自在に設けられ、前記相対変位が所定値を超えるまでは、前記第１ピストンに所定の間隔を隔てて対向し、当該第１ピストンに連結されない状態に保持される第２ピストンと、
前記第１および第２ピストンの互いに対向する端部に設けられ、前記相対変位が前記所定値を超えたときに、前記第１および第２ピストンを互いに連結する連結機構と、
前記第１および第２ピストンが互いに連結された状態で、前記シリンダと前記第２ピストンの間にフリクションを作用させることによって、前記シリンダに対する前記第２ピストンの摺動を規制するフリクション発生機構と、
を備えることを特徴とするフリクションダンパ。 In order to suppress relative displacement between the first structure and the second structure during an earthquake, a friction damper that absorbs and attenuates the energy of shaking,
A cylinder coupled to one of the first structure and the second structure;
A first piston connected to the other of the first structure and the second structure and slidably provided in the cylinder;
Said slidably disposed in the cylinder, until said relative displacement exceeds a predetermined value, the the first piston to face each other with a predetermined distance, the second where the Ru is held in a state that is not connected to the first piston A piston,
Provided at the ends facing each other of the first and second pistons, when the relative displacement exceeds the predetermined value, and a connecting mechanism for connecting said first and second pistons to each other,
A friction generating mechanism that restricts sliding of the second piston with respect to the cylinder by applying friction between the cylinder and the second piston in a state where the first and second pistons are connected to each other;
A friction damper characterized by comprising:
前記第１および第２ピストンの一方に設けられたソケットと、
前記第１および第２ピストンの他方に設けられ、前記相対変位が前記所定値を超えたときに、前記ソケットに嵌合することにより連結されるプラグと、
を有することを特徴とする請求項１に記載のフリクションダンパ。 The coupling mechanism is
A socket provided on one of the first and second pistons;
A plug provided on the other of the first and second pistons and connected by fitting into the socket when the relative displacement exceeds the predetermined value;
The friction damper according to claim 1, comprising:
前記ソケットは、
周壁にその周方向に沿って複数のボール収容孔が形成された筒状のソケット本体と、
前記複数のボール収容孔の各々に収容され、前記周壁の内方に部分的に突出するボールと、
外周面にストッパ係合部を有し、前記ソケット本体の外側に、当該ソケット本体の長さ方向に沿って移動自在に嵌合するスリーブと、
当該スリーブを前記プラグ側に向かって付勢するスプリングと、
前記ソケット本体内に、当該ソケット本体の長さ方向に摺動自在に設けられた摺動駒と、
当該摺動駒と一体に設けられたストッパと、を有し、
前記ソケットは、前記ストッパが前記ストッパ係合部に係合することにより、前記スリーブが前記プラグと反対側に退避した状態でセットされるとともに、前記プラグが嵌合したときに、前記摺動駒が当該プラグによって、押圧され、移動することにより、前記ストッパが前記ストッパ係合部から外れ、前記スリーブが前記スプリングの付勢力で前記プラグ側に移動することによって、前記ボールが前記プラグの前記ボール係合溝に係合した状態で、前記プラグをロックするように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のフリクションダンパ。 The plug has a ball engaging groove that is continuous in a circumferential direction on an outer peripheral surface;
The socket is
A cylindrical socket body in which a plurality of ball receiving holes are formed along the circumferential direction of the peripheral wall;
A ball housed in each of the plurality of ball housing holes and partially protruding inward of the peripheral wall;
A sleeve having a stopper engaging portion on the outer peripheral surface, and fitted to the outside of the socket body so as to be movable along the length direction of the socket body;
A spring for urging the sleeve toward the plug;
In the socket body, a sliding piece provided slidably in the length direction of the socket body,
A stopper provided integrally with the sliding piece,
The socket is set in a state where the sleeve is retracted to the opposite side of the plug by engaging the stopper with the stopper engaging portion, and when the plug is fitted, the sliding piece Is pressed and moved by the plug, so that the stopper is disengaged from the stopper engaging portion, and the sleeve is moved to the plug side by the biasing force of the spring, so that the ball is the ball of the plug. The friction damper according to claim 2, wherein the friction damper is configured to lock the plug in a state of being engaged with the engagement groove.
前記第２ピストンの外周面に設けられた摩擦材と、
当該摩擦材を取り囲むように設けられ、前記シリンダに連結されるとともに、前記摩擦材を前記第２ピストンに対して締め付けることにより、フリクションを付与するための締付けバンドと、
を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフリクションダンパ。 The friction generating mechanism is
A friction material provided on the outer peripheral surface of the second piston;
A tightening band that is provided so as to surround the friction material, is coupled to the cylinder, and that imparts friction by tightening the friction material with respect to the second piston;
The friction damper according to any one of claims 1 to 3, wherein the friction damper is provided.
前記摩擦材および前記締付けバンドの両側に設けられた一対のサイドプレートと、
前記シリンダと一体に設けられ、前記一対のサイドプレートの外側に、間隔を隔ててそれぞれ配置された一対のばね座と、
当該一対のばね座と前記一対のサイドプレートの間にそれぞれ設けられた、一対のスプリングと、
をさらに有することを特徴とする請求項４または５に記載のフリクションダンパ。 The friction generating mechanism is
A pair of side plates provided on both sides of the friction material and the fastening band;
A pair of spring seats provided integrally with the cylinder, and arranged on the outside of the pair of side plates, respectively, spaced apart from each other;
A pair of springs respectively provided between the pair of spring seats and the pair of side plates;
The friction damper according to claim 4, further comprising:
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