フリクションダンパ
【課題】 減衰装置を含む免震構造において、前記減衰装置に係る振動エネルギの吸収能力を超える過大な振動エネルギが建築構造物に作用したとしても、該振動エネルギに対する十分な減衰性能を発揮することが可能なフリクションダンパを提供する。
【解決手段】 表面に軸方向に沿った案内溝が形成されたシャフトと、該シャフトの表面を軸方向に沿って移動し、前記シャフトの案内溝に没入した第一状態及び前記案内溝から離脱した第二状態のいずれかに設定される移動部材と、該移動部材に向けて付勢され、前記第一状態に設定された移動部材によって係止される圧着部材と、選択的に前記シャフトに圧接する摩擦部材と、を備えており、前記移動部材が第二状態に設定されると、該移動部材による圧着部材の係止が解除されて前記摩擦部材が前記圧着部材の押圧によって前記シャフトに圧接されると共に、かかる圧着部材が前記移動部材を第二状態に維持するフリクションダンパ。
【解決手段】 表面に軸方向に沿った案内溝が形成されたシャフトと、該シャフトの表面を軸方向に沿って移動し、前記シャフトの案内溝に没入した第一状態及び前記案内溝から離脱した第二状態のいずれかに設定される移動部材と、該移動部材に向けて付勢され、前記第一状態に設定された移動部材によって係止される圧着部材と、選択的に前記シャフトに圧接する摩擦部材と、を備えており、前記移動部材が第二状態に設定されると、該移動部材による圧着部材の係止が解除されて前記摩擦部材が前記圧着部材の押圧によって前記シャフトに圧接されると共に、かかる圧着部材が前記移動部材を第二状態に維持するフリクションダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つの構造体間に配設され、振動源たる一方の構造体から他方の構造体への伝播される振動エネルギを減衰させるフリクションダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築構造物の免震構造として、建築構造物とその建築基盤との間に設けられて、かかる建築構造物を建築基盤の揺れから絶縁させるものが知られている。この種の免震構造によれば、地震等による振動エネルギが建築構造物に伝播したとしても、建築構造物が建築基盤の振動周期とは無関係にそれ独自の振動周期で揺れることができるようになっている。
【０００３】
もっとも、前記免震構造の場合、建築構造物を建築基盤の揺れから絶縁するものであるから、地震が収まった後にも建築構造物の揺れが残存してしまうことになる。この建築構造物の揺れの残存を早期に終息させるために、前記免震構造の構成要素として、前記建築構造物の振動エネルギを吸収する減衰装置を用いる例が挙げられている。
【０００４】
上記減衰装置は振動エネルギを吸収するものではあるが、その反面、建築構造物を建築基盤に追従させる機能も発揮してしまうため、巨大地震を想定して前記減衰装置における振動エネルギの吸収能力を高く設定した場合、建築基盤の揺れが建築構造物に伝播し易くなり、建築構造物を建築基盤の揺れから絶縁するという免震構造本来の機能を発揮しにくくなる。この点を考慮すると、前記免震構造の機能を活かすためには、前記減衰装置の吸収能力を極端に高く設定することができず、通常想定し得る規模の地震に対応させて減衰装置の吸収能力を決定せざるを得ない。しかし、減衰装置の吸収能力をそのように設定した状態で大地震が発生した場合には、減衰装置によって地震の振動エネルギを十分に吸収することができず、その結果建築基盤に対する建築構造物の揺れ幅が大きくなってしまう。また、減衰装置が振動エネルギを十分に吸収することができない分、建築構造物の揺れを早期に終息させることができなくなってしまう。
【０００５】
このような課題を解決する手段として、特許文献１に開示されたブレーキ装置を前記免震構造と一緒に用いる例が挙げられている。このブレーキ装置は建築構造物とその建築基盤との間に配設され、大別すると、建築構造物に固定される枠体と、建築基盤に設けられた凸部とから構成されている。このブレーキ装置では、前記減衰装置に係る振動エネルギの吸収能力を超える過大な振動エネルギが建築構造物に作用し、該建築構造物が水平方向に大きく振動すると、前記枠体が建築基盤に設けられた凸部に乗り上げて該枠体と凸部との間に摩擦力が発生することになる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2000-179617号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示されたブレーキ装置を適用した免震構造では、想定外の大地震による過大な振動エネルギが作用した場合、前記枠体が建築基盤に設けられた一対の凸部のいずれか一方に乗り上げた際にブレーキ装置が作用するため、建築構造物の揺れ幅を一定範囲内に抑えることが可能となる。その一方で、特許文献１に開示されたブレーキ装置は前記一対の凸部間では作用しないため、地震終息後における建築構造物の揺れを早期に終息させることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、減衰装置を含む免震構造において、前記減衰装置に係る振動エネルギの吸収能力を超える過大な振動エネルギが建築構造物に作用したとしても、該振動エネルギに対する十分な減衰性能を発揮することが可能なフリクションダンパを提供することにある。
【０００９】
このような目的を達成する本発明のフリクションダンパは、表面に軸方向に沿った案内溝が形成されたシャフトと、このシャフトの表面を軸方向に沿って移動し、前記シャフトの案内溝に没入した第一状態及び前記案内溝から離脱した第二状態のいずれかに設定される移動部材と、この移動部材に向けて付勢され、前記第一状態に設定された移動部材によって係止される圧着部材と、選択的に前記シャフトに圧接する摩擦部材とを備えており、前記移動部材が第二状態に設定されると、該移動部材による圧着部材の係止が解除されて前記摩擦部材が前記圧着部材の押圧によって前記シャフトに圧接されると共に、かかる圧着部材が前記移動部材を第二状態に維持するように構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成された本発明のフリクションダンパによれば、該フリクションダンパを減衰装置を含む免震構造に適用した場合、かかる減衰装置の吸収能力を超える過大な振動エネルギが建築構造物に作用すると、前記移動部材が前記案内溝から離脱して前記第二状態に設定される。これにより、前記摩擦部材が前記シャフトを押圧することになる。その結果、前記摩擦部材とシャフトとの間に常に摩擦抵抗が発生し、この摩擦抵抗の発生により建築構造物に作用する過大な振動エネルギが吸収、減衰され、もって建築基盤に対する建築構造の揺れ幅を小さく抑えることが可能となり、更には、地震終息後における建築構造物の揺れを早期に終息させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用したフリクションダンパの実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すフリクションダンパの分解斜視図である。
【図３】移動部材がシャフトの案内溝に没入している状態のフリクションダンパを示す側面断面図である。
【図４】図３に記載された状態におけるフリクションダンパの移動部材、圧着部材及び摩擦部材の関係を示す拡大断面図である。
【図５】前記移動部材がシャフトの案内溝から離脱している状態のフリクションダンパを示す側面断面図である。
【図６】図５に記載された状態におけるフリクションダンパの移動部材、圧着部材及び摩擦部材の関係を示す拡大断面図である。
【図７】第一実施形態に係るフリクションダンパを建築構造物の免震構造に適用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を用いて本発明を適用したフリクションダンパの実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明を適用したフリクションダンパの実施形態を示す斜視図である。このフリクションダンパ１は、大きく分けて、シャフト２と、このシャフト２に対して進退自在に組み付けられたフリクション発生機構３とから構成されている。前記シャフト２は略円柱状に形成されており、外周面には該シャフト２の軸方向に沿って案内溝２１が形成されている。この案内溝２１はシャフト２の周方向に１２０°等間隔に配置されている。つまり、本実施形態に係るフリクションダンパ１では、前記シャフト２に対して３条の案内溝２１が形成されている。また、各案内溝２１の軸方向両端には、該案内溝２１の底面から前記シャフト２の外周面に架けて徐々に勾配する傾斜面２２が形成されている。尚、図１は一方向から本発明のフリクションダンパ１を観察した斜視図であるため、図１の紙面手前側の案内溝２１のみが描かれている。
【００１４】
図２及び図３は図１に示すフリクションダンパ１の内部を示すものであり、図２は、該フリクションダンパ１を分解した斜視図、図３はフリクションダンパ１の側面断面図である。前記フリクション発生機構３は全体として略円筒状に形成されており、該フリクション発生機構３の外径をなすハウジング４と、前記シャフト２の案内溝２１に摺動自在に遊嵌するピン部材５と、前記シャフト２が貫通する貫通孔を有して円筒状に形成された圧着部材６と、この圧着部材６と前記シャフト２との間に配置された摩擦部材７と、前記圧着部材６をピン部材５に向けて付勢する付勢手段８と、から構成されている。かかる圧着部材６、摩擦部材７及び付勢手段８は前記ハウジング４内に収容されるようになっている。
【００１５】
前記ハウジング４は略円筒状に形成されており、その周方向に対して１２０°等間隔に前記ピン部材５が挿入される挿入孔４１が形成されている。各挿入孔４１は該ハウジング４の外周面から内周面に架けて貫通している。
【００１６】
前記ピン部材５は略円柱状に形成されており、前記シャフト２の半径方向に沿って垂直に起立している。このピン部材５は、前記シャフト２の案内溝２１内に摺動自在に遊嵌する先端部５１と、この先端部５１と連続すると共に前記ハウジング４の挿入孔４１に挿入される軸部５２とから構成されている。また、前記軸部５２には、後述する前記圧着部材６の突起部が位置決めされると共に前記ピン部材５の周方向に連続して形成された突き当て面５５及びこの突き当て面５５に隣接する凹部５３が形成されている。かかる凹部５３は前記ピン部材５の周方向に連続して形成されており、この凹部５３には前記圧着部材６の突起部を該凹部５３から離脱させ、前記軸部５２の突き当て面５５に移動させる傾斜面５４が形成されている。
【００１７】
このような構成からなるピン部材５は、前記シャフト２の各案内溝２１に対して一つずつ遊嵌している。すなわち、ピン部材５はシャフト２に対して３つ設けられており、各ピン部材５は前記シャフト２の周方向に１２０°等間隔で該シャフト２に起立している。
【００１８】
次に、前記圧着部材６は、前記シャフト２が貫通する貫通孔を有して略円筒状に形成されている。この圧着部材６の外径は、前記ハウジング４の内径よりも僅かに小さく、又は略同一に設定されており、該ハウジング４内に収容されるようになっている。また、前記摩擦部材７に面した該圧着部材６の内周面は、前記ハウジング４の端部側から前記ピン部材５側に架けて徐々に勾配する第一傾斜面６１を構成している。
【００１９】
更に、前記圧着部材６の前記ピン部材５側の端面には、前述したピン部材５の突き当て面５５に当接されて位置決めされる突起部６２が周方向に連続して形成されている。また、前記ハウジング４側の端面には、後述する付勢手段８のスプリング部材８１が嵌合する付勢孔６３が周方向に対して等間隔に形成されている。本実施形態では、一対の圧着部材６が前記シャフト２の周方向に配列された三つのピン部材５を該シャフト２の軸方向から挟むようにして配置されている。尚、本実施形態では前記突起部６２が周方向に連続して設けられているが、前記シャフト２の周方向に１２０°等間隔に配置された各ピン部材５に対応するよう、前記圧着部材６の前記ピン部材５側の端面に対して周方向に１２０°等間隔となるように配置されていても良い。
【００２０】
一方、前記摩擦部材７は、前記ピン部材５の配置位置と合致するようにして前記シャフト２の周方向に１２０°等間隔に配置されている。すなわち、シャフト２に対して三つの摩擦部材７が前記シャフト２を周方向から囲うようにして設けられている。各摩擦部材７には、前記ピン部材５が挿入される挿入孔７１が内側面から外側面に架けて貫通形成されている。また、各摩擦部材７の内側面は前記シャフト２の外周面と同一円心状の曲面に形成される一方、外側面は前記圧着部材６の第一傾斜面６１と対向すると共に前記挿入孔７１の周縁から前記ハウジング４の端部側に架けて徐々に勾配した第二傾斜面７２を形成している。
【００２１】
また、前記シャフト２の軸方向に関する各摩擦部材７の長さは前記シャフト２１の外周面に形成された案内溝２１の軸方向長さよりも長く設定され、あるいは、前記シャフト２の周方向に関する各摩擦部材７の長さは前記案内溝２１の周方向長さよりも長く設定されている。この構成により、前記摩擦部材７が前記案内溝２１上を移動する際に、該摩擦部材７が前記シャフト２の案内溝２１内に落下するのを防止することができる。このように構成された各摩擦部材７は前記圧着部材６とシャフト２との間に配置されている。すなわち、本実施形態に係るフリクションダンパ１では、前記シャフト２の半径方向に対して、摩擦部材７、圧着部材６、ハウジング４の順に各部材が配置されている。
【００２２】
前記ハウジング４の両端には、前記圧着部材６をピン部材５に向けて付勢する付勢手段８が固定されている。この付勢手段８は、前記圧着部材６の付勢孔６３に収縮自在に嵌合するスプリング部材８１と、このスプリング部材８１を前記圧着部材６に向けて押圧する押圧板８２と、この押圧板８２の前記シャフト２軸方向位置を調整する調整板８３とから構成されている。前記押圧板８２及び調整板８３は前記シャフト２が貫通する貫通孔を有して略円盤状に形成されている。
【００２３】
前記押圧板８２には、前記圧着部材６に形成された付勢孔６３と対向する位置に、すなわち、該押圧板８２の周方向に等間隔でスタッド８４が突設されている。このスタッド８４には前記スプリング部材８１が嵌合するようになっており、これにより該スプリング部材８１が前記押圧板８２に対して位置決め固定されるようになっている。このように構成された押圧板８２の外径は、前記ハウジング４の内径と略同一又はそれよりも僅かに小さく設定されており、該押圧板８２はハウジング４内で摺接し得るようにして該ハウジング４内に収容されている。
【００２４】
一方、前記調整板８３には、前記押圧板８２のシャフト２軸方向位置を調整するための調整ボルト８５が螺合しており、該調整ボルト８５は前記調整板８３を貫通して前記押圧板８２の端面に当接されている。このような調整板８３の外径にはねじ溝が形成されており、前記ハウジング４の両端に螺合固定されるようになっている。
【００２５】
このように構成された付勢手段８では、前記調整板８３に螺合した調整ボルト８５を治具を用いて回転させることにより、該調整ボルト８５が前記押圧板８２の軸方向位置を調整することができるようになっている。この調整ボルト８５の調整により、該押圧板８２に位置決めされたスプリング部材８１が前記押圧板８２と前記圧着部材６の付勢孔６３との間で収縮することで、前記圧着部材６がピン部材５に向けて付勢されるようになっている。すなわち、前記付勢手段８では、前記調整ボルト８５の調整により前記圧着部材６に対するスプリング部材８１の付勢力を任意に選定することが可能である。
【００２６】
このような構成からなる本発明のフリクションダンパ１において、前記ピン部材５の先端部５１が前記シャフト２の案内溝２１に没入している状態では、図４に示すように、前記圧着部材６の突起部６２が前記ピン部材５の凹部５３から離脱して前記ピン部材５を構成する軸部５２の突き当て面５５に当接されている。これにより、前記圧着部材６には前記スプリング部材８１の付勢力に対する反力Ｆが作用することとなる。すなわち、前記ピン部材５の先端部５１が案内溝２１内に没入している第一状態では、圧着部材６が突起部６２を介して前記ピン部材５によって係止される状態となる。これにより、該圧着部材６の第一傾斜面６１と前記摩擦部材７の第二傾斜面７２との間に隙間が形成されるようになる。
【００２７】
一方、図５及び図６は、前記ピン部材５の先端部５１がシャフト２の外周面に当接されている状態、すなわち該先端部５１が前記シャフト２の案内溝２１から離脱している第二状態を示すものであり、図５は側面断面図、図６は前記ピン部材５、圧着部材６及び摩擦部材７の配置関係を示す拡大図である。前記ピン部材５が前記シャフト２の案内溝２１に形成された傾斜面２２上を摺接して該シャフト２の外周面に乗り上がると、前記圧着部材６は前記付勢手段８によりピン部材５に向けて付勢されていることから、前記圧着部材６の突起部６２がピン部材５の軸部５２に形成された凹部５３内に没入することになる。これに伴って、前記圧着部材６の第一傾斜面６１と摩擦部材７の第二傾斜面７２とが図６に示すように接触することになる。
【００２８】
このとき、前記スプリング部材８１の付勢力は常に圧着部材６に作用しており、該圧着部材６はピン部材５に向けてシャフト２の軸方向に移動しようとする。この圧着部材６の軸方向運動によって前記摩擦部材７には押圧力Ｐが作用することになる。つまり、前記圧着部材６がハウジング４と摩擦部材７との間でくさび効果を発揮するように構成されている。この圧着部材６の作用により、当該摩擦部材７はシャフト２の外周面に向けて押圧されることになる。換言すると、ピン部材５が第二状態に設定されると、前記付勢手段８の付勢力に起因した圧着部材６の軸方向運動が前記シャフト２の半径方向に関する摩擦部材７の運動に変換されるようになっており、該圧着部材６の第一傾斜面６１と摩擦部材７の第二傾斜面７２とが相まって運動変換機構を構成している。
【００２９】
このシャフト２に対する摩擦部材７の押圧により、該摩擦部材７の内側面とシャフト２の外周面との間に摩擦抵抗が発生し、前記フリクション発生機構３に対するシャフト２の軸方向運動が、又は該シャフト２に対するフリクション発生機構３の軸方向運動が拘束されるようになっている。
【００３０】
このように、前記圧着部材６の突起部６２がピン部材５の凹部５３に没入している状態、換言すると、前記ピン部材５の先端部５１がシャフト２の案内溝２１から離脱している状態では前記摩擦部材７がシャフト２に向けて押圧されており、前記フリクション発生機構３がシャフト２に沿って移動する際常に摩擦抵抗が発生していることになる。
【００３１】
尚、本実施形態に係るフリクションダンパ１では前記案内溝２１の軸方向両端に傾斜面２２が形成されており、前記ピン部材５がかかる傾斜面２２を介して前記シャフト２の外周面上に乗り上がるように構成されているが、前記案内溝２１に対して傾斜面２２を形成せずに該案内溝２１を凹溝に形成する一方で前記ピン部材５に係る先端部５１に対して傾斜面を形成し、該傾斜面を介して前記ピン部材５がシャフト２の外周面上に乗り上がるように構成しても差し支えない。
【００３２】
一方で、前記摩擦部材７に対して上記運動変換機構による押圧力Ｐが作用している状態のフリクションダンパ１において、前記ピン部材５の先端部５１がシャフト２の案内溝２１上に位置しているときに該ピン部材５の軸部５２の端部に打撃を加えると、かかるピン部材５の先端部５１が前記案内溝２１内に没入すると共に、前記軸部５２の凹部５３に没入していた突起部６２が前記付勢手段８の付勢力に抗して該凹部５３に形成された傾斜面５４上を摺動して前記軸部５２の突き当て面５５へと移動することになる。これにより、前記圧着部材６の第一傾斜面６１と前記摩擦部材７の第二傾斜面７２との間に隙間が形成され、摩擦部材７のシャフト２への押圧状態が解除されることになる。その結果、前記フリクション発生機構３に対するシャフト２の軸方向運動が、又は該シャフト２に対するフリクション発生機構３の軸方向運動が自在となる。
【００３３】
このような本実施形態のフリクションダンパ１では、前述のように前記ピン部材５への打撃によって摩擦部材７のシャフト２への押圧状態を解除するようにしてもよく、作業員による作業工程の省略化という観点からすれば、前記ピン部材５をシャフト２の案内溝２１内に押し戻すための装置を別体として設けても差し支えない。
【００３４】
また、本実施形態のフリクションダンパ１では、上述したように、前記案内溝２１がシャフト２の外周面に対して該シャフト２の周方向に１２０°等間隔に配置され、各案内溝２１に対してピン部材５が遊嵌している。すなわち、本実施形態のフリクションダンパ１ではシャフト２に対して３つのピン部材５が起立するように構成されている。本発明のフリクションダンパ１の構成はこれに限られるものではなく、例えば前記案内溝２１をシャフト２の周方向に９０°等間隔に設け、該シャフト２に対して４つのピン部材５が起立するように構成しても良い。
【００３５】
図７は、本発明のフリクションダンパ１を建築構造物の免震構造に適用した例を示す図である。この免震構造は、建築構造物２００を建築基盤２０１の揺れから絶縁させる免震装置１０１と、前記建築基盤２０１と建築構造物２００との間に設けられたフリクションダンパ１とから構成されている。
【００３６】
前記免震装置１０１は、例えばゴム板を多層に積み重ねて形成された積層ゴムが使用されている。また、積層ゴムの中心に鉛などの金属プラグを配置することにより、かかる免震装置１０１は減衰装置としても機能している。このため、前記免震装置１０１において、地域毎に発生が想定される振動エネルギに応じて、前記免震装置１０１の負荷し得る振動エネルギの吸収能力を予め設定しておくことが可能となる。
【００３７】
その一方で、前記フリクションダンパ１は、図７に示すように、前記フリクション発生機構３はブラケットを介して前記建築基盤２０１に固定されている。また、前記シャフト２は、所謂直線案内装置を介して前記建築構造物２００に固定されており、具体的にはかかる建築構造物２００に前記直線案内装置を構成する軌道レールが固定される一方、前記シャフト２の一端に前記軌道レールと相対運動する移動ブロックが固定されている。このように、前記シャフト２と建築構造物２００との間に直線案内装置を介在させることにより、本発明に係るフリクションダンパ１の軸方向以外の他の方向の力が該フリクションダンパ１に作用したとしても、その作用する力をかかるフリクションダンパ１そのものの破損を防ぐことが可能となる。
【００３８】
この構成からなる免震構造では、前記免震装置１０１における許容範囲内の振動エネルギが建築基盤２０１から建築構造物２００に伝播したとしても、前記積層ゴム１０１の減衰機能により、建築構造物２００が建築基盤２０１の振動周期とは無関係にそれ独自の振動周期で揺れることができるようになっている。地震終息後では、前記積層ゴム１０１が建築基盤２０１に対する建築構造物２００の変位を抑える力を発揮し、前記建築構造物２００が建築基盤２０１上の所定の位置に引き戻され、建築構造物２００の振動を終息させることができるようになっている。
【００３９】
その一方で、前記フリクションダンパ１では前記建築構造物２００に対してフリクション発生機構３が固定されていることから、該建築構造物２００の揺れに伴って前記シャフト２に対するフリクション発生機構３の軸方向への進退運動が生じる。ここで、前記シャフト２の外周面に形成された案内溝２１の軸方向長さは、想定する振動エネルギによる建築構造物２００の揺れ幅に応じて設定されており、前記免震装置１０１における許容範囲内の振動エネルギが建築構造物２００に作用した場合には前記ピン部材５が前記案内溝２１の両端に形成された一対の傾斜面２２間を往復摺動するようになっている。このピン部材５がシャフト２の案内溝２１に没入している第二状態では、図３に示すように、前記圧着部材６の第一傾斜面６１と前記摩擦部材７の第二傾斜面７２との間に隙間が形成されることになる。
【００４０】
このため、前記免震装置１０１における許容範囲内の振動エネルギが建築構造物２００に作用した状態では、前記圧着部材６の第一傾斜面６１と摩擦部材７の第二傾斜面７２とからなる運動変換機構が作用せず、該摩擦部材７が圧着部材６によってシャフト２の外周面に向けて押圧されることがない。それ故、前記フリクション発生機構３は摩擦部材７の抵抗を受けることなく、前記シャフト２の軸方向へ進退運動することが可能である。
【００４１】
一方、想定外の巨大地震が発生し、前記免震装置１０１の許容範囲を越える過大な振動エネルギが建築構造物２００に作用した場合には、前記建築構造物２００は建築基盤２０１に対して水平方向に大きく揺れることになる。前述したように、前記フリクション発生機構３はブラケットを介して前記建築構造物２００に固定されていることから、該フリクション発生機構３は建築構造物２００の揺れに伴ってシャフト２の軸方向へ進退運動することになる。
【００４２】
このフリクション発生機構３のシャフト２の軸方向に対する進退運動により、前記ピン部材５は、前記シャフト２の案内溝２１に形成された傾斜面２２上を摺動して該シャフト２の外周面上に乗り上がることになる。換言すると、前記ピン部材５が前記傾斜面２２上を摺動して前記シャフト６の半径方向外側に跳ね上がり、前記案内溝２１から離脱して前記第二状態に設定される。このピン部材５の離脱により、前記フリクションダンパ１では図６に示すように、前記付勢手段８のスプリング部材８１によって付勢された前記圧着部材６の突起部６２が前記軸部５２に形成された凹部５３内に嵌合することになる。
【００４３】
前記圧着部材６の突起部６２がピン部材５の凹部５３内に嵌合すると、前記付勢手段８を構成するスプリング部材８１の付勢力によって前記圧着部材６の第一傾斜面６１と摩擦部材７の第二傾斜面７２とが接触することになる。このとき、前記圧着部材６には常に付勢手段８の付勢力が作用していることから、前記摩擦部材７には押圧力が作用し、当該摩擦部材７はシャフト２の外周面に向けて押圧されることになる。
【００４４】
その結果、建築構造物２００と共に前記フリクション発生機構３がシャフト２の軸方向に対して進退運動すると、前記摩擦部材７のシャフト２への押圧により、前記フリクション発生機構３とシャフト２との間に摩擦抵抗が発生することとなる。この摩擦抵抗の発生により、建築構造物２００に作用する振動エネルギが減衰され、該建築構造物２００の揺れを強制的に減衰させることができるようになる。
【００４５】
地震が終息した後は、上述したように、前記ピン部材５の先端部５１がシャフト２の案内溝２１上に位置している状態で、該ピン部材５の軸部５２の端部に打撃を加えることにより、摩擦部材７のシャフト２への押圧状態が解除され、フリクションダンパ１を初期状態に戻すことが可能となる。
【００４６】
以上のように構成された本発明を適用したフリクションダンパ１によれば、例えば併用する減衰装置の吸収能力を超える過大な振動エネルギが建築構造物に作用した際に、前記ピン部材５が前記第二状態に設定されることにより前記摩擦部材７がシャフト２を押圧することになる。これにより、建築構造物２００に固定されたフリクション発生機構３と建築基盤２０１に固定されたシャフト２との間に常に摩擦抵抗が発生し、この摩擦抵抗の発生により、前記建築構造物２００に作用する過大な振動エネルギを減衰させることが可能となる。
【００４７】
その結果、想定外の巨大地震が発生し、過大な振動エネルギが建築構造物２００に作用したとしても、建築基盤２０１に対する建築構造物２００の揺れ幅を抑えることが可能であり、更には、地震終息後における建築構造物２００の揺れを早期に終息させることが可能となる。
【００４８】
尚、上述した実施形態では、前記圧着部材６と摩擦部材７とからなる運動変換機構が前記シャフト２の周方向に等間隔に配列されたピン部材５を該シャフト２の軸方向から挟むようにして配置されているが、過大な振動エネルギを十分に吸収することが可能であるならば、ピン部材５に対してシャフト２の軸方向片側に前記運動変換機構の構成を配置するようにしても差し支えない。
【００４９】
また、上記実施形態に係るフリクションダンパ１では、前記案内溝２１がシャフト２の外周面に対して該シャフト２の周方向に１２０°等間隔に配置されているが、本発明を適用したフリクションダンパ１の構成はこれに限られるものではなく、例えば前記案内溝２１がシャフト２の周方向に連続している構成であっても差し支えない。かかる場合、前記摩擦部材７が前記案内溝２１上を移動する際に、該摩擦部材７が前記シャフト２の案内溝２１内に落下するのを防止するため、前記シャフト２の軸方向に関する各摩擦部材７の長さが前記案内溝２１の軸方向長さよりも長く設定されていることが好ましい。
【００５０】
更に、上述した本発明に係るフリクションダンパ１を適用した免震構造では、前記シャフト２が建築構造物２００に固定される一方、前記フリクション発生機構３が建築基盤２０１が固定されているが、前記シャフト２を建築基盤２０１に、前記フリクション発生機構３を建築構造物２００に固定するように構成しても良い。
【００５１】
また更に、本発明を適用したフリクションダンパ１の使用例の一つとして、免震構造に適用するものを説明したが、該フリクションダンパ１の使用例はこれに限られるものではなく、広く適用することができる。例えば、建築構造物内に設置された二つの機械や装置間に配置し、これら構造体の制震装置として用いることも可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１…フリクションダンパ、２…シャフト、５…移動部材（ピン部材）、６…圧着部材、７…摩擦部材、２１…案内溝、５３…凹部、６２…突起部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つの構造体間に配設され、振動源たる一方の構造体から他方の構造体への伝播される振動エネルギを減衰させるフリクションダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築構造物の免震構造として、建築構造物とその建築基盤との間に設けられて、かかる建築構造物を建築基盤の揺れから絶縁させるものが知られている。この種の免震構造によれば、地震等による振動エネルギが建築構造物に伝播したとしても、建築構造物が建築基盤の振動周期とは無関係にそれ独自の振動周期で揺れることができるようになっている。
【０００３】
もっとも、前記免震構造の場合、建築構造物を建築基盤の揺れから絶縁するものであるから、地震が収まった後にも建築構造物の揺れが残存してしまうことになる。この建築構造物の揺れの残存を早期に終息させるために、前記免震構造の構成要素として、前記建築構造物の振動エネルギを吸収する減衰装置を用いる例が挙げられている。
【０００４】
上記減衰装置は振動エネルギを吸収するものではあるが、その反面、建築構造物を建築基盤に追従させる機能も発揮してしまうため、巨大地震を想定して前記減衰装置における振動エネルギの吸収能力を高く設定した場合、建築基盤の揺れが建築構造物に伝播し易くなり、建築構造物を建築基盤の揺れから絶縁するという免震構造本来の機能を発揮しにくくなる。この点を考慮すると、前記免震構造の機能を活かすためには、前記減衰装置の吸収能力を極端に高く設定することができず、通常想定し得る規模の地震に対応させて減衰装置の吸収能力を決定せざるを得ない。しかし、減衰装置の吸収能力をそのように設定した状態で大地震が発生した場合には、減衰装置によって地震の振動エネルギを十分に吸収することができず、その結果建築基盤に対する建築構造物の揺れ幅が大きくなってしまう。また、減衰装置が振動エネルギを十分に吸収することができない分、建築構造物の揺れを早期に終息させることができなくなってしまう。
【０００５】
このような課題を解決する手段として、特許文献１に開示されたブレーキ装置を前記免震構造と一緒に用いる例が挙げられている。このブレーキ装置は建築構造物とその建築基盤との間に配設され、大別すると、建築構造物に固定される枠体と、建築基盤に設けられた凸部とから構成されている。このブレーキ装置では、前記減衰装置に係る振動エネルギの吸収能力を超える過大な振動エネルギが建築構造物に作用し、該建築構造物が水平方向に大きく振動すると、前記枠体が建築基盤に設けられた凸部に乗り上げて該枠体と凸部との間に摩擦力が発生することになる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2000-179617号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示されたブレーキ装置を適用した免震構造では、想定外の大地震による過大な振動エネルギが作用した場合、前記枠体が建築基盤に設けられた一対の凸部のいずれか一方に乗り上げた際にブレーキ装置が作用するため、建築構造物の揺れ幅を一定範囲内に抑えることが可能となる。その一方で、特許文献１に開示されたブレーキ装置は前記一対の凸部間では作用しないため、地震終息後における建築構造物の揺れを早期に終息させることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、減衰装置を含む免震構造において、前記減衰装置に係る振動エネルギの吸収能力を超える過大な振動エネルギが建築構造物に作用したとしても、該振動エネルギに対する十分な減衰性能を発揮することが可能なフリクションダンパを提供することにある。
【０００９】
このような目的を達成する本発明のフリクションダンパは、表面に軸方向に沿った案内溝が形成されたシャフトと、このシャフトの表面を軸方向に沿って移動し、前記シャフトの案内溝に没入した第一状態及び前記案内溝から離脱した第二状態のいずれかに設定される移動部材と、この移動部材に向けて付勢され、前記第一状態に設定された移動部材によって係止される圧着部材と、選択的に前記シャフトに圧接する摩擦部材とを備えており、前記移動部材が第二状態に設定されると、該移動部材による圧着部材の係止が解除されて前記摩擦部材が前記圧着部材の押圧によって前記シャフトに圧接されると共に、かかる圧着部材が前記移動部材を第二状態に維持するように構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成された本発明のフリクションダンパによれば、該フリクションダンパを減衰装置を含む免震構造に適用した場合、かかる減衰装置の吸収能力を超える過大な振動エネルギが建築構造物に作用すると、前記移動部材が前記案内溝から離脱して前記第二状態に設定される。これにより、前記摩擦部材が前記シャフトを押圧することになる。その結果、前記摩擦部材とシャフトとの間に常に摩擦抵抗が発生し、この摩擦抵抗の発生により建築構造物に作用する過大な振動エネルギが吸収、減衰され、もって建築基盤に対する建築構造の揺れ幅を小さく抑えることが可能となり、更には、地震終息後における建築構造物の揺れを早期に終息させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用したフリクションダンパの実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すフリクションダンパの分解斜視図である。
【図３】移動部材がシャフトの案内溝に没入している状態のフリクションダンパを示す側面断面図である。
【図４】図３に記載された状態におけるフリクションダンパの移動部材、圧着部材及び摩擦部材の関係を示す拡大断面図である。
【図５】前記移動部材がシャフトの案内溝から離脱している状態のフリクションダンパを示す側面断面図である。
【図６】図５に記載された状態におけるフリクションダンパの移動部材、圧着部材及び摩擦部材の関係を示す拡大断面図である。
【図７】第一実施形態に係るフリクションダンパを建築構造物の免震構造に適用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を用いて本発明を適用したフリクションダンパの実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明を適用したフリクションダンパの実施形態を示す斜視図である。このフリクションダンパ１は、大きく分けて、シャフト２と、このシャフト２に対して進退自在に組み付けられたフリクション発生機構３とから構成されている。前記シャフト２は略円柱状に形成されており、外周面には該シャフト２の軸方向に沿って案内溝２１が形成されている。この案内溝２１はシャフト２の周方向に１２０°等間隔に配置されている。つまり、本実施形態に係るフリクションダンパ１では、前記シャフト２に対して３条の案内溝２１が形成されている。また、各案内溝２１の軸方向両端には、該案内溝２１の底面から前記シャフト２の外周面に架けて徐々に勾配する傾斜面２２が形成されている。尚、図１は一方向から本発明のフリクションダンパ１を観察した斜視図であるため、図１の紙面手前側の案内溝２１のみが描かれている。
【００１４】
図２及び図３は図１に示すフリクションダンパ１の内部を示すものであり、図２は、該フリクションダンパ１を分解した斜視図、図３はフリクションダンパ１の側面断面図である。前記フリクション発生機構３は全体として略円筒状に形成されており、該フリクション発生機構３の外径をなすハウジング４と、前記シャフト２の案内溝２１に摺動自在に遊嵌するピン部材５と、前記シャフト２が貫通する貫通孔を有して円筒状に形成された圧着部材６と、この圧着部材６と前記シャフト２との間に配置された摩擦部材７と、前記圧着部材６をピン部材５に向けて付勢する付勢手段８と、から構成されている。かかる圧着部材６、摩擦部材７及び付勢手段８は前記ハウジング４内に収容されるようになっている。
【００１５】
前記ハウジング４は略円筒状に形成されており、その周方向に対して１２０°等間隔に前記ピン部材５が挿入される挿入孔４１が形成されている。各挿入孔４１は該ハウジング４の外周面から内周面に架けて貫通している。
【００１６】
前記ピン部材５は略円柱状に形成されており、前記シャフト２の半径方向に沿って垂直に起立している。このピン部材５は、前記シャフト２の案内溝２１内に摺動自在に遊嵌する先端部５１と、この先端部５１と連続すると共に前記ハウジング４の挿入孔４１に挿入される軸部５２とから構成されている。また、前記軸部５２には、後述する前記圧着部材６の突起部が位置決めされると共に前記ピン部材５の周方向に連続して形成された突き当て面５５及びこの突き当て面５５に隣接する凹部５３が形成されている。かかる凹部５３は前記ピン部材５の周方向に連続して形成されており、この凹部５３には前記圧着部材６の突起部を該凹部５３から離脱させ、前記軸部５２の突き当て面５５に移動させる傾斜面５４が形成されている。
【００１７】
このような構成からなるピン部材５は、前記シャフト２の各案内溝２１に対して一つずつ遊嵌している。すなわち、ピン部材５はシャフト２に対して３つ設けられており、各ピン部材５は前記シャフト２の周方向に１２０°等間隔で該シャフト２に起立している。
【００１８】
次に、前記圧着部材６は、前記シャフト２が貫通する貫通孔を有して略円筒状に形成されている。この圧着部材６の外径は、前記ハウジング４の内径よりも僅かに小さく、又は略同一に設定されており、該ハウジング４内に収容されるようになっている。また、前記摩擦部材７に面した該圧着部材６の内周面は、前記ハウジング４の端部側から前記ピン部材５側に架けて徐々に勾配する第一傾斜面６１を構成している。
【００１９】
更に、前記圧着部材６の前記ピン部材５側の端面には、前述したピン部材５の突き当て面５５に当接されて位置決めされる突起部６２が周方向に連続して形成されている。また、前記ハウジング４側の端面には、後述する付勢手段８のスプリング部材８１が嵌合する付勢孔６３が周方向に対して等間隔に形成されている。本実施形態では、一対の圧着部材６が前記シャフト２の周方向に配列された三つのピン部材５を該シャフト２の軸方向から挟むようにして配置されている。尚、本実施形態では前記突起部６２が周方向に連続して設けられているが、前記シャフト２の周方向に１２０°等間隔に配置された各ピン部材５に対応するよう、前記圧着部材６の前記ピン部材５側の端面に対して周方向に１２０°等間隔となるように配置されていても良い。
【００２０】
一方、前記摩擦部材７は、前記ピン部材５の配置位置と合致するようにして前記シャフト２の周方向に１２０°等間隔に配置されている。すなわち、シャフト２に対して三つの摩擦部材７が前記シャフト２を周方向から囲うようにして設けられている。各摩擦部材７には、前記ピン部材５が挿入される挿入孔７１が内側面から外側面に架けて貫通形成されている。また、各摩擦部材７の内側面は前記シャフト２の外周面と同一円心状の曲面に形成される一方、外側面は前記圧着部材６の第一傾斜面６１と対向すると共に前記挿入孔７１の周縁から前記ハウジング４の端部側に架けて徐々に勾配した第二傾斜面７２を形成している。
【００２１】
また、前記シャフト２の軸方向に関する各摩擦部材７の長さは前記シャフト２１の外周面に形成された案内溝２１の軸方向長さよりも長く設定され、あるいは、前記シャフト２の周方向に関する各摩擦部材７の長さは前記案内溝２１の周方向長さよりも長く設定されている。この構成により、前記摩擦部材７が前記案内溝２１上を移動する際に、該摩擦部材７が前記シャフト２の案内溝２１内に落下するのを防止することができる。このように構成された各摩擦部材７は前記圧着部材６とシャフト２との間に配置されている。すなわち、本実施形態に係るフリクションダンパ１では、前記シャフト２の半径方向に対して、摩擦部材７、圧着部材６、ハウジング４の順に各部材が配置されている。
【００２２】
前記ハウジング４の両端には、前記圧着部材６をピン部材５に向けて付勢する付勢手段８が固定されている。この付勢手段８は、前記圧着部材６の付勢孔６３に収縮自在に嵌合するスプリング部材８１と、このスプリング部材８１を前記圧着部材６に向けて押圧する押圧板８２と、この押圧板８２の前記シャフト２軸方向位置を調整する調整板８３とから構成されている。前記押圧板８２及び調整板８３は前記シャフト２が貫通する貫通孔を有して略円盤状に形成されている。
【００２３】
前記押圧板８２には、前記圧着部材６に形成された付勢孔６３と対向する位置に、すなわち、該押圧板８２の周方向に等間隔でスタッド８４が突設されている。このスタッド８４には前記スプリング部材８１が嵌合するようになっており、これにより該スプリング部材８１が前記押圧板８２に対して位置決め固定されるようになっている。このように構成された押圧板８２の外径は、前記ハウジング４の内径と略同一又はそれよりも僅かに小さく設定されており、該押圧板８２はハウジング４内で摺接し得るようにして該ハウジング４内に収容されている。
【００２４】
一方、前記調整板８３には、前記押圧板８２のシャフト２軸方向位置を調整するための調整ボルト８５が螺合しており、該調整ボルト８５は前記調整板８３を貫通して前記押圧板８２の端面に当接されている。このような調整板８３の外径にはねじ溝が形成されており、前記ハウジング４の両端に螺合固定されるようになっている。
【００２５】
このように構成された付勢手段８では、前記調整板８３に螺合した調整ボルト８５を治具を用いて回転させることにより、該調整ボルト８５が前記押圧板８２の軸方向位置を調整することができるようになっている。この調整ボルト８５の調整により、該押圧板８２に位置決めされたスプリング部材８１が前記押圧板８２と前記圧着部材６の付勢孔６３との間で収縮することで、前記圧着部材６がピン部材５に向けて付勢されるようになっている。すなわち、前記付勢手段８では、前記調整ボルト８５の調整により前記圧着部材６に対するスプリング部材８１の付勢力を任意に選定することが可能である。
【００２６】
このような構成からなる本発明のフリクションダンパ１において、前記ピン部材５の先端部５１が前記シャフト２の案内溝２１に没入している状態では、図４に示すように、前記圧着部材６の突起部６２が前記ピン部材５の凹部５３から離脱して前記ピン部材５を構成する軸部５２の突き当て面５５に当接されている。これにより、前記圧着部材６には前記スプリング部材８１の付勢力に対する反力Ｆが作用することとなる。すなわち、前記ピン部材５の先端部５１が案内溝２１内に没入している第一状態では、圧着部材６が突起部６２を介して前記ピン部材５によって係止される状態となる。これにより、該圧着部材６の第一傾斜面６１と前記摩擦部材７の第二傾斜面７２との間に隙間が形成されるようになる。
【００２７】
一方、図５及び図６は、前記ピン部材５の先端部５１がシャフト２の外周面に当接されている状態、すなわち該先端部５１が前記シャフト２の案内溝２１から離脱している第二状態を示すものであり、図５は側面断面図、図６は前記ピン部材５、圧着部材６及び摩擦部材７の配置関係を示す拡大図である。前記ピン部材５が前記シャフト２の案内溝２１に形成された傾斜面２２上を摺接して該シャフト２の外周面に乗り上がると、前記圧着部材６は前記付勢手段８によりピン部材５に向けて付勢されていることから、前記圧着部材６の突起部６２がピン部材５の軸部５２に形成された凹部５３内に没入することになる。これに伴って、前記圧着部材６の第一傾斜面６１と摩擦部材７の第二傾斜面７２とが図６に示すように接触することになる。
【００２８】
このとき、前記スプリング部材８１の付勢力は常に圧着部材６に作用しており、該圧着部材６はピン部材５に向けてシャフト２の軸方向に移動しようとする。この圧着部材６の軸方向運動によって前記摩擦部材７には押圧力Ｐが作用することになる。つまり、前記圧着部材６がハウジング４と摩擦部材７との間でくさび効果を発揮するように構成されている。この圧着部材６の作用により、当該摩擦部材７はシャフト２の外周面に向けて押圧されることになる。換言すると、ピン部材５が第二状態に設定されると、前記付勢手段８の付勢力に起因した圧着部材６の軸方向運動が前記シャフト２の半径方向に関する摩擦部材７の運動に変換されるようになっており、該圧着部材６の第一傾斜面６１と摩擦部材７の第二傾斜面７２とが相まって運動変換機構を構成している。
【００２９】
このシャフト２に対する摩擦部材７の押圧により、該摩擦部材７の内側面とシャフト２の外周面との間に摩擦抵抗が発生し、前記フリクション発生機構３に対するシャフト２の軸方向運動が、又は該シャフト２に対するフリクション発生機構３の軸方向運動が拘束されるようになっている。
【００３０】
このように、前記圧着部材６の突起部６２がピン部材５の凹部５３に没入している状態、換言すると、前記ピン部材５の先端部５１がシャフト２の案内溝２１から離脱している状態では前記摩擦部材７がシャフト２に向けて押圧されており、前記フリクション発生機構３がシャフト２に沿って移動する際常に摩擦抵抗が発生していることになる。
【００３１】
尚、本実施形態に係るフリクションダンパ１では前記案内溝２１の軸方向両端に傾斜面２２が形成されており、前記ピン部材５がかかる傾斜面２２を介して前記シャフト２の外周面上に乗り上がるように構成されているが、前記案内溝２１に対して傾斜面２２を形成せずに該案内溝２１を凹溝に形成する一方で前記ピン部材５に係る先端部５１に対して傾斜面を形成し、該傾斜面を介して前記ピン部材５がシャフト２の外周面上に乗り上がるように構成しても差し支えない。
【００３２】
一方で、前記摩擦部材７に対して上記運動変換機構による押圧力Ｐが作用している状態のフリクションダンパ１において、前記ピン部材５の先端部５１がシャフト２の案内溝２１上に位置しているときに該ピン部材５の軸部５２の端部に打撃を加えると、かかるピン部材５の先端部５１が前記案内溝２１内に没入すると共に、前記軸部５２の凹部５３に没入していた突起部６２が前記付勢手段８の付勢力に抗して該凹部５３に形成された傾斜面５４上を摺動して前記軸部５２の突き当て面５５へと移動することになる。これにより、前記圧着部材６の第一傾斜面６１と前記摩擦部材７の第二傾斜面７２との間に隙間が形成され、摩擦部材７のシャフト２への押圧状態が解除されることになる。その結果、前記フリクション発生機構３に対するシャフト２の軸方向運動が、又は該シャフト２に対するフリクション発生機構３の軸方向運動が自在となる。
【００３３】
このような本実施形態のフリクションダンパ１では、前述のように前記ピン部材５への打撃によって摩擦部材７のシャフト２への押圧状態を解除するようにしてもよく、作業員による作業工程の省略化という観点からすれば、前記ピン部材５をシャフト２の案内溝２１内に押し戻すための装置を別体として設けても差し支えない。
【００３４】
また、本実施形態のフリクションダンパ１では、上述したように、前記案内溝２１がシャフト２の外周面に対して該シャフト２の周方向に１２０°等間隔に配置され、各案内溝２１に対してピン部材５が遊嵌している。すなわち、本実施形態のフリクションダンパ１ではシャフト２に対して３つのピン部材５が起立するように構成されている。本発明のフリクションダンパ１の構成はこれに限られるものではなく、例えば前記案内溝２１をシャフト２の周方向に９０°等間隔に設け、該シャフト２に対して４つのピン部材５が起立するように構成しても良い。
【００３５】
図７は、本発明のフリクションダンパ１を建築構造物の免震構造に適用した例を示す図である。この免震構造は、建築構造物２００を建築基盤２０１の揺れから絶縁させる免震装置１０１と、前記建築基盤２０１と建築構造物２００との間に設けられたフリクションダンパ１とから構成されている。
【００３６】
前記免震装置１０１は、例えばゴム板を多層に積み重ねて形成された積層ゴムが使用されている。また、積層ゴムの中心に鉛などの金属プラグを配置することにより、かかる免震装置１０１は減衰装置としても機能している。このため、前記免震装置１０１において、地域毎に発生が想定される振動エネルギに応じて、前記免震装置１０１の負荷し得る振動エネルギの吸収能力を予め設定しておくことが可能となる。
【００３７】
その一方で、前記フリクションダンパ１は、図７に示すように、前記フリクション発生機構３はブラケットを介して前記建築基盤２０１に固定されている。また、前記シャフト２は、所謂直線案内装置を介して前記建築構造物２００に固定されており、具体的にはかかる建築構造物２００に前記直線案内装置を構成する軌道レールが固定される一方、前記シャフト２の一端に前記軌道レールと相対運動する移動ブロックが固定されている。このように、前記シャフト２と建築構造物２００との間に直線案内装置を介在させることにより、本発明に係るフリクションダンパ１の軸方向以外の他の方向の力が該フリクションダンパ１に作用したとしても、その作用する力をかかるフリクションダンパ１そのものの破損を防ぐことが可能となる。
【００３８】
この構成からなる免震構造では、前記免震装置１０１における許容範囲内の振動エネルギが建築基盤２０１から建築構造物２００に伝播したとしても、前記積層ゴム１０１の減衰機能により、建築構造物２００が建築基盤２０１の振動周期とは無関係にそれ独自の振動周期で揺れることができるようになっている。地震終息後では、前記積層ゴム１０１が建築基盤２０１に対する建築構造物２００の変位を抑える力を発揮し、前記建築構造物２００が建築基盤２０１上の所定の位置に引き戻され、建築構造物２００の振動を終息させることができるようになっている。
【００３９】
その一方で、前記フリクションダンパ１では前記建築構造物２００に対してフリクション発生機構３が固定されていることから、該建築構造物２００の揺れに伴って前記シャフト２に対するフリクション発生機構３の軸方向への進退運動が生じる。ここで、前記シャフト２の外周面に形成された案内溝２１の軸方向長さは、想定する振動エネルギによる建築構造物２００の揺れ幅に応じて設定されており、前記免震装置１０１における許容範囲内の振動エネルギが建築構造物２００に作用した場合には前記ピン部材５が前記案内溝２１の両端に形成された一対の傾斜面２２間を往復摺動するようになっている。このピン部材５がシャフト２の案内溝２１に没入している第二状態では、図３に示すように、前記圧着部材６の第一傾斜面６１と前記摩擦部材７の第二傾斜面７２との間に隙間が形成されることになる。
【００４０】
このため、前記免震装置１０１における許容範囲内の振動エネルギが建築構造物２００に作用した状態では、前記圧着部材６の第一傾斜面６１と摩擦部材７の第二傾斜面７２とからなる運動変換機構が作用せず、該摩擦部材７が圧着部材６によってシャフト２の外周面に向けて押圧されることがない。それ故、前記フリクション発生機構３は摩擦部材７の抵抗を受けることなく、前記シャフト２の軸方向へ進退運動することが可能である。
【００４１】
一方、想定外の巨大地震が発生し、前記免震装置１０１の許容範囲を越える過大な振動エネルギが建築構造物２００に作用した場合には、前記建築構造物２００は建築基盤２０１に対して水平方向に大きく揺れることになる。前述したように、前記フリクション発生機構３はブラケットを介して前記建築構造物２００に固定されていることから、該フリクション発生機構３は建築構造物２００の揺れに伴ってシャフト２の軸方向へ進退運動することになる。
【００４２】
このフリクション発生機構３のシャフト２の軸方向に対する進退運動により、前記ピン部材５は、前記シャフト２の案内溝２１に形成された傾斜面２２上を摺動して該シャフト２の外周面上に乗り上がることになる。換言すると、前記ピン部材５が前記傾斜面２２上を摺動して前記シャフト６の半径方向外側に跳ね上がり、前記案内溝２１から離脱して前記第二状態に設定される。このピン部材５の離脱により、前記フリクションダンパ１では図６に示すように、前記付勢手段８のスプリング部材８１によって付勢された前記圧着部材６の突起部６２が前記軸部５２に形成された凹部５３内に嵌合することになる。
【００４３】
前記圧着部材６の突起部６２がピン部材５の凹部５３内に嵌合すると、前記付勢手段８を構成するスプリング部材８１の付勢力によって前記圧着部材６の第一傾斜面６１と摩擦部材７の第二傾斜面７２とが接触することになる。このとき、前記圧着部材６には常に付勢手段８の付勢力が作用していることから、前記摩擦部材７には押圧力が作用し、当該摩擦部材７はシャフト２の外周面に向けて押圧されることになる。
【００４４】
その結果、建築構造物２００と共に前記フリクション発生機構３がシャフト２の軸方向に対して進退運動すると、前記摩擦部材７のシャフト２への押圧により、前記フリクション発生機構３とシャフト２との間に摩擦抵抗が発生することとなる。この摩擦抵抗の発生により、建築構造物２００に作用する振動エネルギが減衰され、該建築構造物２００の揺れを強制的に減衰させることができるようになる。
【００４５】
地震が終息した後は、上述したように、前記ピン部材５の先端部５１がシャフト２の案内溝２１上に位置している状態で、該ピン部材５の軸部５２の端部に打撃を加えることにより、摩擦部材７のシャフト２への押圧状態が解除され、フリクションダンパ１を初期状態に戻すことが可能となる。
【００４６】
以上のように構成された本発明を適用したフリクションダンパ１によれば、例えば併用する減衰装置の吸収能力を超える過大な振動エネルギが建築構造物に作用した際に、前記ピン部材５が前記第二状態に設定されることにより前記摩擦部材７がシャフト２を押圧することになる。これにより、建築構造物２００に固定されたフリクション発生機構３と建築基盤２０１に固定されたシャフト２との間に常に摩擦抵抗が発生し、この摩擦抵抗の発生により、前記建築構造物２００に作用する過大な振動エネルギを減衰させることが可能となる。
【００４７】
その結果、想定外の巨大地震が発生し、過大な振動エネルギが建築構造物２００に作用したとしても、建築基盤２０１に対する建築構造物２００の揺れ幅を抑えることが可能であり、更には、地震終息後における建築構造物２００の揺れを早期に終息させることが可能となる。
【００４８】
尚、上述した実施形態では、前記圧着部材６と摩擦部材７とからなる運動変換機構が前記シャフト２の周方向に等間隔に配列されたピン部材５を該シャフト２の軸方向から挟むようにして配置されているが、過大な振動エネルギを十分に吸収することが可能であるならば、ピン部材５に対してシャフト２の軸方向片側に前記運動変換機構の構成を配置するようにしても差し支えない。
【００４９】
また、上記実施形態に係るフリクションダンパ１では、前記案内溝２１がシャフト２の外周面に対して該シャフト２の周方向に１２０°等間隔に配置されているが、本発明を適用したフリクションダンパ１の構成はこれに限られるものではなく、例えば前記案内溝２１がシャフト２の周方向に連続している構成であっても差し支えない。かかる場合、前記摩擦部材７が前記案内溝２１上を移動する際に、該摩擦部材７が前記シャフト２の案内溝２１内に落下するのを防止するため、前記シャフト２の軸方向に関する各摩擦部材７の長さが前記案内溝２１の軸方向長さよりも長く設定されていることが好ましい。
【００５０】
更に、上述した本発明に係るフリクションダンパ１を適用した免震構造では、前記シャフト２が建築構造物２００に固定される一方、前記フリクション発生機構３が建築基盤２０１が固定されているが、前記シャフト２を建築基盤２０１に、前記フリクション発生機構３を建築構造物２００に固定するように構成しても良い。
【００５１】
また更に、本発明を適用したフリクションダンパ１の使用例の一つとして、免震構造に適用するものを説明したが、該フリクションダンパ１の使用例はこれに限られるものではなく、広く適用することができる。例えば、建築構造物内に設置された二つの機械や装置間に配置し、これら構造体の制震装置として用いることも可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１…フリクションダンパ、２…シャフト、５…移動部材（ピン部材）、６…圧着部材、７…摩擦部材、２１…案内溝、５３…凹部、６２…突起部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に軸方向に沿った案内溝が形成されたシャフトと、このシャフトの表面を軸方向に沿って移動し、前記シャフトの案内溝に没入した第一状態及び前記案内溝から離脱した第二状態のいずれかに設定される移動部材と、この移動部材に向けて付勢され、前記第一状態に設定された移動部材によって係止される圧着部材と、選択的に前記シャフトに圧接する摩擦部材と、を備え、
前記移動部材が第二状態に設定されると、該移動部材による圧着部材の係止が解除されて前記摩擦部材が前記圧着部材の押圧によって前記シャフトに圧接されると共に、かかる圧着部材が前記移動部材を第二状態に維持することを特徴とするフリクションダンパ。
【請求項２】
前記移動部材は、前記シャフトに対して垂直に保持されたピン部材であって、かかるピン部材は前記シャフトの表面を滑走する先端部及び凹部が形成された軸部から構成される一方、
前記圧着部材及び摩擦部材は、前記シャフトの軸方向に傾斜すると共に互いに対向する対向面を有していることを特徴とする請求項１記載のフリクションダンパ。
【請求項３】
前記ピン部材の凹部には、前記圧着部材の突起部を該凹部から離脱させるための傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項２記載のフリクションダンパ。
【請求項１】
表面に軸方向に沿った案内溝が形成されたシャフトと、このシャフトの表面を軸方向に沿って移動し、前記シャフトの案内溝に没入した第一状態及び前記案内溝から離脱した第二状態のいずれかに設定される移動部材と、この移動部材に向けて付勢され、前記第一状態に設定された移動部材によって係止される圧着部材と、選択的に前記シャフトに圧接する摩擦部材と、を備え、
前記移動部材が第二状態に設定されると、該移動部材による圧着部材の係止が解除されて前記摩擦部材が前記圧着部材の押圧によって前記シャフトに圧接されると共に、かかる圧着部材が前記移動部材を第二状態に維持することを特徴とするフリクションダンパ。
【請求項２】
前記移動部材は、前記シャフトに対して垂直に保持されたピン部材であって、かかるピン部材は前記シャフトの表面を滑走する先端部及び凹部が形成された軸部から構成される一方、
前記圧着部材及び摩擦部材は、前記シャフトの軸方向に傾斜すると共に互いに対向する対向面を有していることを特徴とする請求項１記載のフリクションダンパ。
【請求項３】
前記ピン部材の凹部には、前記圧着部材の突起部を該凹部から離脱させるための傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項２記載のフリクションダンパ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１５４３５６（Ｐ２０１２−１５４３５６Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２５８（Ｐ２０１１−１１２５８）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
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