摩擦ダンパー
【課題】滑り材の熱を逃がすことができる摩擦ダンパーを得る。
【解決手段】摩擦ダンパー１０は、主に、板材１２と、滑り材１４と、相手板１６、１８とで構成されている。地震等の揺れが生じると、滑り材１４と相手板１６、１８との界面で摩擦力が発生し、揺れの振動エネルギーが徐々に減衰され、建物１００の制震が行われる。ここで、摩擦力が発生するとき、滑り材１４又は相手板１６、１８が発熱するが、相手板１６、１８は、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上の鉄板を用いており、局部的な熱拡散の程度が平均的な熱拡散の程度に比して十分大きくなっているので、発生した熱が建物１００の躯体へ速やかに放散する。このため、短時間の地震応答に対しては摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材１４が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパー１０の制震効果を維持できる。
【解決手段】摩擦ダンパー１０は、主に、板材１２と、滑り材１４と、相手板１６、１８とで構成されている。地震等の揺れが生じると、滑り材１４と相手板１６、１８との界面で摩擦力が発生し、揺れの振動エネルギーが徐々に減衰され、建物１００の制震が行われる。ここで、摩擦力が発生するとき、滑り材１４又は相手板１６、１８が発熱するが、相手板１６、１８は、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上の鉄板を用いており、局部的な熱拡散の程度が平均的な熱拡散の程度に比して十分大きくなっているので、発生した熱が建物１００の躯体へ速やかに放散する。このため、短時間の地震応答に対しては摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材１４が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパー１０の制震効果を維持できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物の揺れを低減する摩擦ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
地震等による建築構造物の揺れを低減するため、建築構造物の梁又はブレースに摩擦ダンパーが設けられている。摩擦ダンパーは、相対変位する２部材の一方の部材に滑り板を設け、当該滑り板と他方の部材の接触面で発生する摩擦力によって揺れを減衰させる機構となっている。
【０００３】
ここで、摩擦ダンパーの一例として、振動により相対変位する２部材にそれぞれ第１圧接板、第２圧接板を設け、第１圧接板と第２圧接板の間に摩擦板及び滑動板を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１の摩擦ダンパーは、摩擦板が樹脂等で構成され、滑動板がステンレス又はチタンからなる金属で構成されている。そして、第２圧接板と摩擦板の間の摩擦係数を、第１圧接板と滑動板の間の摩擦係数よりも大きくすることで、摩擦板の接着固定を不要としている。
【０００５】
しかし、特許文献１の摩擦ダンパーは、ステンレス又はチタンの熱伝導率が小さいために滑動板の熱が逃げにくく、相手材である摩擦板の温度が急激に上昇してダンパー特性が変化しやすい状態となっていた。
【特許文献１】特開２００３−３０７２５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、滑り材の熱を逃がすことができる摩擦ダンパーを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る摩擦ダンパーは、一の建築構造体に取り付けられる板材と、前記板材に固定された滑り材と、前記滑り材に当接させて、前記一の建築構造体と相対移動する他の建築構造体に取り付けられ、熱伝導率が、８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上の相手板材と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、相手板材として、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上（一般的にＳＵＳ３０４のステンレス板の５倍以上）の素材を用いることで、滑り材と相手板材の間の摩擦面に発生する熱が、速やかに摩擦面外部に逃げる。
【０００９】
このため、滑り材が熱で変質することがなく、短時間の地震応答に対しては摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。
【００１０】
本発明の請求項２に係る摩擦ダンパーは、前記相手板材の厚さが、一の建築構造体と他の建築構造体が相対移動している経過時間による前記相手板材の熱拡散を考慮して定められることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、局部的な熱拡散の程度が平均的な熱拡散の程度に比して十分大きくなるようにその厚さを定めることにより、相手板材を最適な板厚とすることができる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る摩擦ダンパーは、前記滑り材が、厚さが１ｍｍ以下のフッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成され、バックメタルで構成される裏打ち材が装着されていることを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、滑り材が、厚さが１ｍｍ以下のフッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成され、バックメタルで構成される裏打ち材が装着されているので、熱拡散させることで変質しにくくすることができる。このため、短時間の地震応答に対しては、滑り材の摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。
【００１４】
本発明の請求項４に係る摩擦ダンパーは、前記板材に溝部が形成され、該溝部に前記滑り材を嵌合したことを特徴としている。
【００１５】
上記構成によれば、溝部に滑り材が嵌合すると、滑り材側面と溝部側面の接触部分の支圧によって摩擦力が伝達される。摩擦面下面と板材平面の接触部分は摩擦による熱が主として伝達されるので、熱による接着剤の変質や、ビス止め部での温度応力の発生などによる応力集中が起こりにくい。このため、滑り材への局部的な応力集中を緩和させることができる。
【００１６】
本発明の請求項５に係る摩擦ダンパーは、両面に前記滑り材を固定した前記板材を上下に複数枚設け、上下に配置された前記板材に固定された前記滑り材の間へ前記相手板材を挿入して前記滑り材に当接させると共に、最上部の前記滑り材に当接する前記相手板材と最下部の前記滑り材に当接する前記相手板材とを設けたことを特徴としている。
【００１７】
上記構成によれば、板材、滑り材、相手板材を複数積層し、多段の摩擦面を形成することにより、１段当りの摩擦面積を小さくすることができる。これにより、摩擦ダンパーをコンパクト化でき、一の建築構造体と二の建築構造体の隙間が狭くても摩擦ダンパーを設置可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、上記構成としたので、滑り材の熱を逃がすことができ、滑り材が溶融したり破壊したりすることがなくなり、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の摩擦ダンパーの第１実施形態を図面に基づき説明する。
【００２０】
図１ａに示すように、地盤１０８上に、高層の建物１００が構築されている。
【００２１】
建物１００は、地盤１０８の鉛直方向にコンクリート等で構成される図示しない杭が形成され、この杭上に、複数の柱からなる柱部１０２と、複数の梁１０４が組み上げられ固定されることで構築される。
【００２２】
また、建物１００の一部の階層には、揺れ等に対する補強部としてトラス構造部１０６が設けられている。
【００２３】
図１ｂに示すように、トラス構造部１０６は、略水平方向に延設された上弦材１１０と、上弦材１１０の下方で上弦材１１０と平行に配設された下弦材１１２と、上弦材１１０の両端部から下弦材１１２の略中央部へ向けて配設された斜材１１４と、上弦材１１０の略中央部に一端が固定され、他端が下弦材１１２の略中央部に固定された柱材１１６と、で構成されている。
【００２４】
上弦材１１０、下弦材１１２、斜材１１４、及び柱材１１６は、それぞれ図示しないボルト及びナットにより締結されている。
【００２５】
上弦材１１０の一端は、柱部１０２の側面から外方向へ突設された接続板１１８に、図示しないボルト及びナットにより締結されている。また、下弦材１１２の一端は、接続板１１８の下方側で柱部１０２の側面から外方向へ突設された接続板１２０に、図示しないボルト及びナットにより締結されている。
【００２６】
ここで、下弦材１１２の一部には、摩擦力を発生させて建物１００（図１ａ参照）の制震を行う摩擦ダンパー１０が設けられている。
【００２７】
図２ａ及び図２ｂに示すように、摩擦ダンパー１０は、主に、鋼板からなる板材１２と、板材１２に取り付けられた滑り材１４と、板材１２と相対移動して滑り材１４との間で摩擦力を発生させる相手板１６、１８と、で構成されている。
【００２８】
板材１２の一方端は、前述の接続板１２０（図１参照）の先端部と共に、鋼板からなる一対の押え板２０、２２で挟持されている。
【００２９】
押え板２０、接続板１２０、板材１２、及び押え板２２には、押え板２０の上面から押え板２２の下面へ貫通する貫通孔２４、２５が形成されている。この貫通孔２４、２５に、ボルト３０が挿通され、ナット３２で締結されることで、接続板１２０に板材１２の一方端が固定されている。
【００３０】
板材１２の略中央部から他方端までの上面及び下面には、フッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成された板状の滑り材１４が、板材１２の上面及び下面に沿って所定間隔で複数箇所に貼り付けられている。
【００３１】
滑り材１４は、板材１２に接着剤で貼り付けられているかビス止めされているが、滑り材１４の裏側にバックメタルで構成されるライナー（裏打ち材）を貼り付けて、このライナーを板材１２に切削した溝部に嵌合した上で貼り付けるかビス止めするようにしてもよい。このようにすることで、滑り材１４への局部的な応力集中を緩和させることができる。
【００３２】
各滑り材１４の上面又は下面には、板材１２を挟んで所定距離離間して平行に配置された一対の相手板１６、１８の下面又は上面が当接されている。
【００３３】
相手板１６、１８の一方端から略中央部までは、滑り材１４に当接している。また、相手板１６、１８の他方端は、前述の下弦材１１２（図１参照）の一部を構成するとともに中央部近傍に設けられた接続板１２２の上面、下面に当接され、接続板１２２を挟持している。
【００３４】
相手板１６、接続板１２２、及び相手板１８には、相手板１６の上面から相手板１８の下面へ貫通する貫通孔４０、４１が形成されている。この貫通孔４０、４１に、ボルト３４が挿通され、ナット３６で締結されることで、接続板１２２に相手板１６及び相手板１８の一方端が固定されている。
【００３５】
以上の構成により、板材１２及び滑り材１４が一体となって移動し、相手板１６、１８が滑り材１４の上面又は下面を摺擦移動して、板材１２と相手板１６、１８が相対移動可能となっている。
【００３６】
相手板１６、１８は、熱伝導率（λ）が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上で、厚さ（ｔ）が１．９ｃｍの鉄板で構成されている。相手板１６、１８は、アルミニウム、黄銅、銅であってもよい。
【００３７】
ここで、相手板１６、１８の材質及び板厚ｔの選択について説明する。
【００３８】
相手板１６、１８の板厚ｔは、経過時間による当該相手板１６、１８の局部的な熱拡散を考慮して定められる。
【００３９】
摩擦ダンパー１０の地震挙動時の温度上昇は、摩擦ダンパー１０全体の熱容量による蓄熱と、温度上昇を評価する相手板１６、１８の局部的な熱容量による蓄熱と、経過時間による摩擦ダンパー１０全体の平均的な熱拡散と、経過時間による相手板１６、１８の局部的な熱拡散と、に支配され、（１）式の回帰式で表現できる。
【００４０】
【数１】
ここで、ΔＫ：温度上昇（Ｋ）、Ｗ：発生熱量（Ｊ）、τ：経過時間（ｓｅｃ）、Ｑ：摩擦ダンパーの熱容量（Ｊ／Ｋ）、λ：相手板の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、ｔ：温度上昇を評価する相手板の板厚（ｍ）、Ｑ´１：温度上昇を評価する板材の熱容量（Ｊ／Ｋ）、α１〜α４：回帰係数である。
【００４１】
なお、（１）式は、滑り材１４の材質形状を与条件として、相手板１６、１８及び摩擦ダンパー１０全体のサイズを定めるための回帰式なので、滑り材１４をパラメータとしていない。滑り材１４の材質形状構成ごとに（１）式の回帰係数を定めることになる。
【００４２】
（１）式の右辺第１項は、時間経過と共に熱が拡散する状況を、第２項は、時間経過に加え評価対象部分の板厚と熱伝導率により局部的な熱が拡散する状況を、第３項及び第４項は、局部および全体の熱容量によって定常的に熱が蓄積される状況を表現している。
【００４３】
摩擦ダンパー１０について、長時間の地震応答を考慮した繰返し試験によって得られた発生熱量の時刻履歴と、相手板１６、１８の材質をパラメータとした解析結果に基づくと、例えば以下のような回帰係数の例が得られる。
【００４４】
なお、温度上昇の評価点は、滑り材１４に接する相手板１６、１８表面の中央点であり、その点の温度は、接している滑り材１４の温度であると見なせる。回帰の際には、短時間の地震応答に対する性能安定を設計対象とする経過時間４０秒（１０サイクル）における温度上昇と、長時間の地震応答に対する健全性を設計対象とする経過時間３００秒（７５サイクル）における温度上昇とを対象とした。
【００４５】
滑り材１４を厚さ１ｍｍのフッ素系樹脂（バックメタルの厚さ１ｍｍ）として、さらに、Ｑとしてダンパー全体の熱容量を用いたとき、α１＝２７．０５、α２＝６．６６０、α３＝０．０１１８８、α４＝０．３９５０と求められる。
【００４６】
一方、Ｑとして相手板１６、１８の熱容量の合計を用いたとき、α１＝１１．９０、α２＝３．５２５、α３＝０．０１１５０、α４＝０．１９９７と求められる。
【００４７】
ここで、相関係数は、それぞれ０．９３５、０．９３９となり、ほぼ同等であるので、Ｑとして、ダンパー全体の熱容量を用いることにする。
【００４８】
（１）式の回帰式の構成から、摩擦ダンパー１０の温度上昇の抑制に効果がある要因として、摩擦ダンパー１０全体の熱容量Ｑを向上させること（第１項、第２項、第４項）、温度上昇を評価する板材１２の熱容量Ｑ´１を向上させること（第３項）、温度上昇を評価する板材１２の局部的な熱拡散を促すこと（第２項）が挙げられる。
【００４９】
摩擦ダンパー１０全体の熱容量Ｑは（２）式で表現される。
【００５０】
【数２】
ここで、Ｃｉ：ｉ部分の材料の比熱容量（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）、ρｉ：ｉ部分の材料の密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｖｉ：ｉ部分の体積（ｍ３）である。
【００５１】
主な金属材料の比熱容量と密度を表１に示す。
【００５２】
【表１】
比熱容量と密度の積は、アルミニウムが他の金属材料に比べやや小さいことを除けば、材料による違いは殆ど無い。また、摩擦ダンパー１０全体または相手板１６、１８のサイズ（体積）を著しく大きくすることはできない。このため、摩擦ダンパー１０全体又は相手板１６、１８の熱容量を向上させることによる摩擦ダンパー１０の温度上昇の抑制は困難である（（１）式の第１項、第４項に相当）。
【００５３】
一方、板材１２の熱容量Ｑ´１による摩擦ダンパー１０の温度上昇抑制効果については、式の形式から、定常的な熱の蓄積を表すものであり、地震応答の時間経過に伴う温度上昇を抑制する項ではないことが分かる（（１）式の第３項に相当）。
【００５４】
従って、地震応答の時間経過に伴う摩擦ダンパー１０の温度上昇を抑制するためには、温度上昇を評価する板材１２の局部的な熱拡散を促すことが有効であることになる（（１）式の第２項に相当）。
【００５５】
ここで、主な金属材料の熱伝導率λを表２に示す。
【００５６】
【表２】
材料によって熱伝導率は大きく異なる。相手板１６、１８としてよく使われるステンレスに対して、鉄は約５倍、銅は２０倍以上の数値であり、材料の違いが有意な差となることが分かる。
【００５７】
λおよびｔに適当な値を代入して、（１）式の第２項の係数を求めると表３のようになる。なお、表３のλは表２の数値を工学的に丸めた値である。
【００５８】
【表３】
前述のように、平均的な熱拡散に関わる第１項の係数は２７．０５／τであるので、８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度以上の熱伝導率λを有する材料を用い、板厚ｔを適切に選ぶことで、（１）式の第２項の係数を、第１項に比べて十分小さくできる。すなわち、相手板１６、１８の局所的な熱の集中が速やかに緩和され、平均的な熱拡散の状態に近づけることができる。
【００５９】
摩擦ダンパー１０の滑り材１４として代表的に用いられる樹脂系滑り材について、温度上昇クライテリアの設定例を表４に示す。（１）式の回帰式に基づいて、温度上昇のクライテリアを満たすように相手板１６、１８の材質や板厚を定めればよい。
【００６０】
【表４】
なお、表５に、樹脂の厚さを１ｍｍとしたときの熱伝導率λ、板厚ｔ、経過時間τ、各熱容量、発生熱量Ｗ、温度上昇ΔＫの値を示す。また、表６に、樹脂の厚さを２ｍｍとしたときの熱伝導率λ、板厚ｔ、経過時間τ、各熱容量、発生熱量Ｗ、温度上昇ΔＫの値を示す。
【００６１】
樹脂の厚さを１ｍｍより大きくすると、特に板厚が小さなときに温度上昇の値が大きくなるので、樹脂の厚さは１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００６２】
【表５】
【００６３】
【表６】
次に、本発明の第１実施形態の作用について説明する。
【００６４】
図３は、板材１２と相手板１６、１８の相対移動の状態を示したものである。なお、図３では、説明の都合上、相手板１６、１８側を基準（固定）として、板材１２の移動量を示している。
【００６５】
図３ａに示すように、建物１００（図１参照）に地震等の揺れが生じていない場合は、板材１２及び相手板１６、１８は静止している。
【００６６】
続いて、図３ｂに示すように、地震等の揺れが生じて、板材１２が相手板１６、１８に対して矢印−Ｘ方向へ距離ｄ１で相対移動すると、滑り材１４は、板材１２と一体で矢印−Ｘ方向へ移動する。このため、滑り材１４と相手板１６、１８との界面（摩擦面）で摩擦力が発生する。
【００６７】
この摩擦力をＦ１とすると、揺れの振動エネルギーは、Ｆ１×ｄ１に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。
【００６８】
続いて、図３ｃに示すように、板材１２が相手板１６、１８に対して矢印＋Ｘ方向へｄ１の位置から距離ｄ２で相対移動すると、滑り材１４は、板材１２と一体で矢印＋Ｘ方向へ移動する。このため、滑り材１４と相手板１６、１８との界面で摩擦力が発生する。
【００６９】
この摩擦力は、大きさが概略Ｆ１に等しく向きが逆な力となる。これをＦ２とすると、揺れの振動エネルギーは、Ｆ２×ｄ２に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。
【００７０】
このように、滑り材１４と相手板１６、１８との摩擦面で発生する摩擦力Ｆ１又はＦ２により、揺れの振動エネルギーが徐々に減衰し、建物１００の制震が行われる。
【００７１】
ここで、滑り材１４と相手板１６、１８との摩擦面で摩擦力が発生するとき、摩擦エネルギーにより、滑り材１４又は相手板１６、１８が発熱する。
【００７２】
摩擦力が大きいと、振動エネルギーの減衰量が大きくなるが、一方で、滑り材１４の発熱量は増加する。この発熱量があまりに大きいと、滑り材１４が、溶融して破壊されやすくなったり、変質して摩擦面の摩擦力が低下するなどして、制震効果が十分に得られなくなる。
【００７３】
しかし、本実施形態では、相手板１６、１８として、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上で、厚さ１．９ｃｍの鉄板を用いており、局部的な熱拡散の程度が平均的な熱拡散の程度に比して十分大きくなっている。これにより、滑り材１４と相手板１６、１８の間の摩擦面に発生する熱が、相手板１６、１８及び接続板１２２を介して、建物１００の躯体へ速やかに放散する。
【００７４】
このため、滑り材１４が熱で変質することがない。また、短時間の地震応答に対しては摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材１４が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパー１０の制震効果を維持できる。
【００７５】
さらに、滑り材１４が、フッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成されており、熱で変質しにくくなっているので、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。
【００７６】
次に、本発明の摩擦ダンパーの第２実施形態を図面に基づき説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一のものには、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００７７】
図４ａは、多段構造の摩擦ダンパー５０の断面を示している。摩擦ダンパー５０は、前述の建物１００の下弦材１１２（図１参照）の一部に設けられている。
【００７８】
図４ａに示すように、摩擦ダンパー５０は、主に、鋼板からなる板材５２、５４、５６と、板材５２、５４、５６に取り付けられた滑り材５５と、板材５２、５４、５６と相対移動して滑り材５５との間で摩擦力を発生させる相手板５８、６０、６２、６４と、で構成されている。
【００７９】
板材５４の一方端は、前述の接続板１２０の先端部と共に、鋼板からなる一対の押え板１２９、１３１で挟持されている。押え板１２９、接続板１２０、及び押え板１３１は、押え板１２９の上面から押え板１３１の下面へ貫通する貫通孔１３５、１３６が形成されている。この貫通孔１３５、１３６に、ボルト１３３が挿通され、ナット１３４で締結されることで、接続板１２０に押え板１２９、１３１が固定されている。
【００８０】
また、押え板１２９、１３１は、鋼板からなる一対の押え板６６、６８で挟持されている。さらに、押え板６６、６８は、板材５２、５６で挟持されている。
【００８１】
ここで、板材５２、押え板６６、押え板１２９、板材５４、押え板１３１、押え板６８、及び板材５６には、板材５２の上面から板材５６の下面へ貫通する貫通孔７０、７１が形成されている。この貫通孔７０、７１に、ボルト７２が挿通され、ナット７４で締結されることで、接続板１２０に板材５２、５４、５６の一方端が固定されている。
【００８２】
板材５２、５４、５６の略中央部から他方端までの上面及び下面には、フッ素系樹脂又はフェノール樹脂を基材とする積層型の樹脂で構成された板状の滑り材５５が、板材５２、５４、５６の上面及び下面に沿って所定間隔で複数箇所に貼り付けられている。
【００８３】
滑り材５５は、板材５２、５４、５６に接着剤で貼り付けられているかビス止めされているが、滑り材５５の裏側にバックメタルで構成されるライナー（裏打ち材）を貼り付けて、このライナーを板材５２、５４、５６に切削した溝部に嵌合した上で貼り付けるかビス止めするようにしてもよい。このようにすることで、滑り材５５への局部的な応力集中を緩和させることができる。
【００８４】
各滑り材５５の上面又は下面には、板材５２、５４、５６を挟んで所定距離離間して平行に配置された相手板５８、６０、６２、６４の下面又は上面が当接されている。
【００８５】
相手板５８、６０、６２、６４の一方端から略中央部までは、滑り材５５に当接している。また、相手板６０、６２の他方端は、前述の接続板１２２の上面、下面に当接され、接続板１２２を挟持している。
【００８６】
相手板６０、６２は、鋼板からなる一対の押え板７８、８０で挟持されている。さらに、押え板７８、８０は、板材５８、６４で挟持されている。
【００８７】
ここで、相手板５８、押え板７８、相手板６０、接続板１２２、相手板６２、押え板８０、及び相手板６４には、相手板５８の上面から相手板６４の下面へ貫通する貫通孔７６、７７が形成されている。この貫通孔７６、７７に、ボルト８２が挿通され、ナット８４で締結されることで、接続板１２２に相手板５８、６０、６２、及び６４の他方端が固定されている。
【００８８】
以上の構成により、多段に形成された板材５２、５４、５６及び滑り材５５が一体となって移動し、相手板５８、６０、６２、６４が滑り材５５の上面又は下面を摺擦移動して、板材５２、５４、５６と相手板５８、６０、６２、６４が相対移動可能となっている。
【００８９】
相手板５８、６０、６２、６４は、熱伝導率（λ）が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上で、厚さ（ｔ）が１．９ｃｍの鉄板で構成されている。相手板５８、６０、６２、６４は、アルミニウム、黄銅、銅であってもよい。
【００９０】
次に、本発明の第２実施形態の作用について説明する。
【００９１】
図４ａ〜図４ｃは、板材５２、５４、５６と相手板５８、６０、６２、６４の相対移動の状態を示している。なお、説明の都合上、相手板５８、６０、６２、６４側を基準（固定）として、板材５２、５４、５６の移動量を示している。
【００９２】
図４ａに示すように、建物１００（図１参照）に地震等の揺れが生じていない場合は、板材５２、５４、５６及び相手板５８、６０、６２、６４は静止している。
【００９３】
続いて、図４ｂに示すように、地震等の揺れが生じて、板材５２、５４、５６が相手板５８、６０、６２、６４に対して矢印−Ｘ方向へ距離ｄ３で相対移動すると、滑り材５５は、板材５２、５４、５６と一体で矢印−Ｘ方向へ移動する。このため、滑り材５５と相手板５８、６０、６２、６４との界面（摩擦面）で摩擦力が発生する。
【００９４】
この摩擦力をＦ３とすると、揺れの振動エネルギーは、Ｆ３×ｄ３に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。
【００９５】
続いて、図４ｃに示すように、板材５２、５４、５６が相手板５８、６０、６２、６４に対して矢印＋Ｘ方向へｄ３の位置から距離ｄ４で移動すると、滑り材５５は、板材５２、５４、５６と一体で矢印＋Ｘ方向へ移動する。このため、滑り材５５と相手板５８、６０、６２、６４との界面で摩擦力が発生する。
【００９６】
この摩擦力は大きさが概略Ｆ３に等しく向きが逆な力となる。これをＦ４とすると、揺れの振動エネルギーは、Ｆ４×ｄ４に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。
【００９７】
このように、滑り材５５と相手板５８、６０、６２、６４との摩擦面で発生する摩擦力Ｆ３又はＦ４により、揺れの振動エネルギーが徐々に減衰し、建物１００の制震が行われる。
【００９８】
ここで、滑り材５５と相手板５８、６０、６２、６４との摩擦面で摩擦力が発生するとき、摩擦エネルギーにより、滑り材５５又は相手板５８、６０、６２、６４が発熱する。
【００９９】
摩擦力が大きいと、振動エネルギーの減衰量が大きくなるが、一方で、滑り材５５の発熱量は増加する。この発熱量があまりに大きいと、滑り材５５が、溶融して破壊されやすくなったり、変質して摩擦面の摩擦力が低下するなどして、制震効果が十分に得られなくなる。
【０１００】
しかし、本実施形態では、相手板５８、６０、６２、６４として、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒で、厚さ１．９ｃｍの鉄板を用いており、局部的な熱拡散の程度が平均的な熱拡散の程度に比して十分大きくなっている。これにより、滑り材５５と相手板５８、６０、６２、６４の間の摩擦面に発生する熱が、相手板５８、６０、６２、６４及び接続板１２２を介して、建物１００の躯体へ速やかに放散する。
【０１０１】
このため、滑り材５５が熱で変質することがない。また、短時間の地震応答に対しては摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材５５が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパー５０の制震効果を維持できる。
【０１０２】
さらに、板材５２、５４、５６、滑り材５５、相手板５８、６０、６２、６４を複数積層して、多段の摩擦面を形成しているので、１段当りの摩擦面積を小さくすることができる。これにより、摩擦ダンパー５０をコンパクト化でき、接続板１２０と接続板１２２の隙間が狭くても、建物１００に摩擦ダンパー５０を設置可能となる。
【０１０３】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。
【０１０４】
摩擦ダンパー１０、５０は、板材と滑り材の間の摩擦面を地面と略垂直となるように配置するだけでなく、略平行になるように配置してもよい。
【０１０５】
また、摩擦ダンパー１０、５０は、建物１００の梁部１０４に設けてもよい。
【０１０６】
板材及び相手板は、１枚、３枚、４枚だけでなく、複数枚で適宜枚数選択できる。また、板材及び相手板の厚さは、同一であってもよく、片方が厚くてもよい。
【０１０７】
滑り材は、板材の移動方向に沿って３箇所設けるだけでなく、１箇所で面積の広いものを取り付けてもよく、また、２箇所以上の複数個所で取り付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】（ａ）本発明の第１実施形態に係る摩擦ダンパーが設けられた建物の全体図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る摩擦ダンパーが設けられた建物の部分拡大図である。
【図２】（ａ）本発明の第１実施形態に係る摩擦ダンパーの正面図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る摩擦ダンパーの断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る摩擦ダンパーの移動状態を示す模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る摩擦ダンパーの移動状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 摩擦ダンパー（摩擦ダンパー）
１２ 板材（板材）
１４ 滑り材（滑り材）
１６ 相手板（相手板材）
１８ 相手板（相手板材）
５０ 摩擦ダンパー（摩擦ダンパー）
５２ 板材（板材）
５４ 板材（板材）
５５ 滑り材（滑り材）
５６ 板材（板材）
５８ 相手板（相手板材）
６０ 相手板（相手板材）
６２ 相手板（相手板材）
６４ 相手板（相手板材）
１００ 建物
１２０ 接続板（一の建築構造体）
１２２ 接続板（他の建築構造体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物の揺れを低減する摩擦ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
地震等による建築構造物の揺れを低減するため、建築構造物の梁又はブレースに摩擦ダンパーが設けられている。摩擦ダンパーは、相対変位する２部材の一方の部材に滑り板を設け、当該滑り板と他方の部材の接触面で発生する摩擦力によって揺れを減衰させる機構となっている。
【０００３】
ここで、摩擦ダンパーの一例として、振動により相対変位する２部材にそれぞれ第１圧接板、第２圧接板を設け、第１圧接板と第２圧接板の間に摩擦板及び滑動板を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１の摩擦ダンパーは、摩擦板が樹脂等で構成され、滑動板がステンレス又はチタンからなる金属で構成されている。そして、第２圧接板と摩擦板の間の摩擦係数を、第１圧接板と滑動板の間の摩擦係数よりも大きくすることで、摩擦板の接着固定を不要としている。
【０００５】
しかし、特許文献１の摩擦ダンパーは、ステンレス又はチタンの熱伝導率が小さいために滑動板の熱が逃げにくく、相手材である摩擦板の温度が急激に上昇してダンパー特性が変化しやすい状態となっていた。
【特許文献１】特開２００３−３０７２５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、滑り材の熱を逃がすことができる摩擦ダンパーを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る摩擦ダンパーは、一の建築構造体に取り付けられる板材と、前記板材に固定された滑り材と、前記滑り材に当接させて、前記一の建築構造体と相対移動する他の建築構造体に取り付けられ、熱伝導率が、８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上の相手板材と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、相手板材として、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上（一般的にＳＵＳ３０４のステンレス板の５倍以上）の素材を用いることで、滑り材と相手板材の間の摩擦面に発生する熱が、速やかに摩擦面外部に逃げる。
【０００９】
このため、滑り材が熱で変質することがなく、短時間の地震応答に対しては摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。
【００１０】
本発明の請求項２に係る摩擦ダンパーは、前記相手板材の厚さが、一の建築構造体と他の建築構造体が相対移動している経過時間による前記相手板材の熱拡散を考慮して定められることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、局部的な熱拡散の程度が平均的な熱拡散の程度に比して十分大きくなるようにその厚さを定めることにより、相手板材を最適な板厚とすることができる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る摩擦ダンパーは、前記滑り材が、厚さが１ｍｍ以下のフッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成され、バックメタルで構成される裏打ち材が装着されていることを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、滑り材が、厚さが１ｍｍ以下のフッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成され、バックメタルで構成される裏打ち材が装着されているので、熱拡散させることで変質しにくくすることができる。このため、短時間の地震応答に対しては、滑り材の摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。
【００１４】
本発明の請求項４に係る摩擦ダンパーは、前記板材に溝部が形成され、該溝部に前記滑り材を嵌合したことを特徴としている。
【００１５】
上記構成によれば、溝部に滑り材が嵌合すると、滑り材側面と溝部側面の接触部分の支圧によって摩擦力が伝達される。摩擦面下面と板材平面の接触部分は摩擦による熱が主として伝達されるので、熱による接着剤の変質や、ビス止め部での温度応力の発生などによる応力集中が起こりにくい。このため、滑り材への局部的な応力集中を緩和させることができる。
【００１６】
本発明の請求項５に係る摩擦ダンパーは、両面に前記滑り材を固定した前記板材を上下に複数枚設け、上下に配置された前記板材に固定された前記滑り材の間へ前記相手板材を挿入して前記滑り材に当接させると共に、最上部の前記滑り材に当接する前記相手板材と最下部の前記滑り材に当接する前記相手板材とを設けたことを特徴としている。
【００１７】
上記構成によれば、板材、滑り材、相手板材を複数積層し、多段の摩擦面を形成することにより、１段当りの摩擦面積を小さくすることができる。これにより、摩擦ダンパーをコンパクト化でき、一の建築構造体と二の建築構造体の隙間が狭くても摩擦ダンパーを設置可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、上記構成としたので、滑り材の熱を逃がすことができ、滑り材が溶融したり破壊したりすることがなくなり、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の摩擦ダンパーの第１実施形態を図面に基づき説明する。
【００２０】
図１ａに示すように、地盤１０８上に、高層の建物１００が構築されている。
【００２１】
建物１００は、地盤１０８の鉛直方向にコンクリート等で構成される図示しない杭が形成され、この杭上に、複数の柱からなる柱部１０２と、複数の梁１０４が組み上げられ固定されることで構築される。
【００２２】
また、建物１００の一部の階層には、揺れ等に対する補強部としてトラス構造部１０６が設けられている。
【００２３】
図１ｂに示すように、トラス構造部１０６は、略水平方向に延設された上弦材１１０と、上弦材１１０の下方で上弦材１１０と平行に配設された下弦材１１２と、上弦材１１０の両端部から下弦材１１２の略中央部へ向けて配設された斜材１１４と、上弦材１１０の略中央部に一端が固定され、他端が下弦材１１２の略中央部に固定された柱材１１６と、で構成されている。
【００２４】
上弦材１１０、下弦材１１２、斜材１１４、及び柱材１１６は、それぞれ図示しないボルト及びナットにより締結されている。
【００２５】
上弦材１１０の一端は、柱部１０２の側面から外方向へ突設された接続板１１８に、図示しないボルト及びナットにより締結されている。また、下弦材１１２の一端は、接続板１１８の下方側で柱部１０２の側面から外方向へ突設された接続板１２０に、図示しないボルト及びナットにより締結されている。
【００２６】
ここで、下弦材１１２の一部には、摩擦力を発生させて建物１００（図１ａ参照）の制震を行う摩擦ダンパー１０が設けられている。
【００２７】
図２ａ及び図２ｂに示すように、摩擦ダンパー１０は、主に、鋼板からなる板材１２と、板材１２に取り付けられた滑り材１４と、板材１２と相対移動して滑り材１４との間で摩擦力を発生させる相手板１６、１８と、で構成されている。
【００２８】
板材１２の一方端は、前述の接続板１２０（図１参照）の先端部と共に、鋼板からなる一対の押え板２０、２２で挟持されている。
【００２９】
押え板２０、接続板１２０、板材１２、及び押え板２２には、押え板２０の上面から押え板２２の下面へ貫通する貫通孔２４、２５が形成されている。この貫通孔２４、２５に、ボルト３０が挿通され、ナット３２で締結されることで、接続板１２０に板材１２の一方端が固定されている。
【００３０】
板材１２の略中央部から他方端までの上面及び下面には、フッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成された板状の滑り材１４が、板材１２の上面及び下面に沿って所定間隔で複数箇所に貼り付けられている。
【００３１】
滑り材１４は、板材１２に接着剤で貼り付けられているかビス止めされているが、滑り材１４の裏側にバックメタルで構成されるライナー（裏打ち材）を貼り付けて、このライナーを板材１２に切削した溝部に嵌合した上で貼り付けるかビス止めするようにしてもよい。このようにすることで、滑り材１４への局部的な応力集中を緩和させることができる。
【００３２】
各滑り材１４の上面又は下面には、板材１２を挟んで所定距離離間して平行に配置された一対の相手板１６、１８の下面又は上面が当接されている。
【００３３】
相手板１６、１８の一方端から略中央部までは、滑り材１４に当接している。また、相手板１６、１８の他方端は、前述の下弦材１１２（図１参照）の一部を構成するとともに中央部近傍に設けられた接続板１２２の上面、下面に当接され、接続板１２２を挟持している。
【００３４】
相手板１６、接続板１２２、及び相手板１８には、相手板１６の上面から相手板１８の下面へ貫通する貫通孔４０、４１が形成されている。この貫通孔４０、４１に、ボルト３４が挿通され、ナット３６で締結されることで、接続板１２２に相手板１６及び相手板１８の一方端が固定されている。
【００３５】
以上の構成により、板材１２及び滑り材１４が一体となって移動し、相手板１６、１８が滑り材１４の上面又は下面を摺擦移動して、板材１２と相手板１６、１８が相対移動可能となっている。
【００３６】
相手板１６、１８は、熱伝導率（λ）が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上で、厚さ（ｔ）が１．９ｃｍの鉄板で構成されている。相手板１６、１８は、アルミニウム、黄銅、銅であってもよい。
【００３７】
ここで、相手板１６、１８の材質及び板厚ｔの選択について説明する。
【００３８】
相手板１６、１８の板厚ｔは、経過時間による当該相手板１６、１８の局部的な熱拡散を考慮して定められる。
【００３９】
摩擦ダンパー１０の地震挙動時の温度上昇は、摩擦ダンパー１０全体の熱容量による蓄熱と、温度上昇を評価する相手板１６、１８の局部的な熱容量による蓄熱と、経過時間による摩擦ダンパー１０全体の平均的な熱拡散と、経過時間による相手板１６、１８の局部的な熱拡散と、に支配され、（１）式の回帰式で表現できる。
【００４０】
【数１】
ここで、ΔＫ：温度上昇（Ｋ）、Ｗ：発生熱量（Ｊ）、τ：経過時間（ｓｅｃ）、Ｑ：摩擦ダンパーの熱容量（Ｊ／Ｋ）、λ：相手板の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、ｔ：温度上昇を評価する相手板の板厚（ｍ）、Ｑ´１：温度上昇を評価する板材の熱容量（Ｊ／Ｋ）、α１〜α４：回帰係数である。
【００４１】
なお、（１）式は、滑り材１４の材質形状を与条件として、相手板１６、１８及び摩擦ダンパー１０全体のサイズを定めるための回帰式なので、滑り材１４をパラメータとしていない。滑り材１４の材質形状構成ごとに（１）式の回帰係数を定めることになる。
【００４２】
（１）式の右辺第１項は、時間経過と共に熱が拡散する状況を、第２項は、時間経過に加え評価対象部分の板厚と熱伝導率により局部的な熱が拡散する状況を、第３項及び第４項は、局部および全体の熱容量によって定常的に熱が蓄積される状況を表現している。
【００４３】
摩擦ダンパー１０について、長時間の地震応答を考慮した繰返し試験によって得られた発生熱量の時刻履歴と、相手板１６、１８の材質をパラメータとした解析結果に基づくと、例えば以下のような回帰係数の例が得られる。
【００４４】
なお、温度上昇の評価点は、滑り材１４に接する相手板１６、１８表面の中央点であり、その点の温度は、接している滑り材１４の温度であると見なせる。回帰の際には、短時間の地震応答に対する性能安定を設計対象とする経過時間４０秒（１０サイクル）における温度上昇と、長時間の地震応答に対する健全性を設計対象とする経過時間３００秒（７５サイクル）における温度上昇とを対象とした。
【００４５】
滑り材１４を厚さ１ｍｍのフッ素系樹脂（バックメタルの厚さ１ｍｍ）として、さらに、Ｑとしてダンパー全体の熱容量を用いたとき、α１＝２７．０５、α２＝６．６６０、α３＝０．０１１８８、α４＝０．３９５０と求められる。
【００４６】
一方、Ｑとして相手板１６、１８の熱容量の合計を用いたとき、α１＝１１．９０、α２＝３．５２５、α３＝０．０１１５０、α４＝０．１９９７と求められる。
【００４７】
ここで、相関係数は、それぞれ０．９３５、０．９３９となり、ほぼ同等であるので、Ｑとして、ダンパー全体の熱容量を用いることにする。
【００４８】
（１）式の回帰式の構成から、摩擦ダンパー１０の温度上昇の抑制に効果がある要因として、摩擦ダンパー１０全体の熱容量Ｑを向上させること（第１項、第２項、第４項）、温度上昇を評価する板材１２の熱容量Ｑ´１を向上させること（第３項）、温度上昇を評価する板材１２の局部的な熱拡散を促すこと（第２項）が挙げられる。
【００４９】
摩擦ダンパー１０全体の熱容量Ｑは（２）式で表現される。
【００５０】
【数２】
ここで、Ｃｉ：ｉ部分の材料の比熱容量（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）、ρｉ：ｉ部分の材料の密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｖｉ：ｉ部分の体積（ｍ３）である。
【００５１】
主な金属材料の比熱容量と密度を表１に示す。
【００５２】
【表１】
比熱容量と密度の積は、アルミニウムが他の金属材料に比べやや小さいことを除けば、材料による違いは殆ど無い。また、摩擦ダンパー１０全体または相手板１６、１８のサイズ（体積）を著しく大きくすることはできない。このため、摩擦ダンパー１０全体又は相手板１６、１８の熱容量を向上させることによる摩擦ダンパー１０の温度上昇の抑制は困難である（（１）式の第１項、第４項に相当）。
【００５３】
一方、板材１２の熱容量Ｑ´１による摩擦ダンパー１０の温度上昇抑制効果については、式の形式から、定常的な熱の蓄積を表すものであり、地震応答の時間経過に伴う温度上昇を抑制する項ではないことが分かる（（１）式の第３項に相当）。
【００５４】
従って、地震応答の時間経過に伴う摩擦ダンパー１０の温度上昇を抑制するためには、温度上昇を評価する板材１２の局部的な熱拡散を促すことが有効であることになる（（１）式の第２項に相当）。
【００５５】
ここで、主な金属材料の熱伝導率λを表２に示す。
【００５６】
【表２】
材料によって熱伝導率は大きく異なる。相手板１６、１８としてよく使われるステンレスに対して、鉄は約５倍、銅は２０倍以上の数値であり、材料の違いが有意な差となることが分かる。
【００５７】
λおよびｔに適当な値を代入して、（１）式の第２項の係数を求めると表３のようになる。なお、表３のλは表２の数値を工学的に丸めた値である。
【００５８】
【表３】
前述のように、平均的な熱拡散に関わる第１項の係数は２７．０５／τであるので、８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度以上の熱伝導率λを有する材料を用い、板厚ｔを適切に選ぶことで、（１）式の第２項の係数を、第１項に比べて十分小さくできる。すなわち、相手板１６、１８の局所的な熱の集中が速やかに緩和され、平均的な熱拡散の状態に近づけることができる。
【００５９】
摩擦ダンパー１０の滑り材１４として代表的に用いられる樹脂系滑り材について、温度上昇クライテリアの設定例を表４に示す。（１）式の回帰式に基づいて、温度上昇のクライテリアを満たすように相手板１６、１８の材質や板厚を定めればよい。
【００６０】
【表４】
なお、表５に、樹脂の厚さを１ｍｍとしたときの熱伝導率λ、板厚ｔ、経過時間τ、各熱容量、発生熱量Ｗ、温度上昇ΔＫの値を示す。また、表６に、樹脂の厚さを２ｍｍとしたときの熱伝導率λ、板厚ｔ、経過時間τ、各熱容量、発生熱量Ｗ、温度上昇ΔＫの値を示す。
【００６１】
樹脂の厚さを１ｍｍより大きくすると、特に板厚が小さなときに温度上昇の値が大きくなるので、樹脂の厚さは１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００６２】
【表５】
【００６３】
【表６】
次に、本発明の第１実施形態の作用について説明する。
【００６４】
図３は、板材１２と相手板１６、１８の相対移動の状態を示したものである。なお、図３では、説明の都合上、相手板１６、１８側を基準（固定）として、板材１２の移動量を示している。
【００６５】
図３ａに示すように、建物１００（図１参照）に地震等の揺れが生じていない場合は、板材１２及び相手板１６、１８は静止している。
【００６６】
続いて、図３ｂに示すように、地震等の揺れが生じて、板材１２が相手板１６、１８に対して矢印−Ｘ方向へ距離ｄ１で相対移動すると、滑り材１４は、板材１２と一体で矢印−Ｘ方向へ移動する。このため、滑り材１４と相手板１６、１８との界面（摩擦面）で摩擦力が発生する。
【００６７】
この摩擦力をＦ１とすると、揺れの振動エネルギーは、Ｆ１×ｄ１に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。
【００６８】
続いて、図３ｃに示すように、板材１２が相手板１６、１８に対して矢印＋Ｘ方向へｄ１の位置から距離ｄ２で相対移動すると、滑り材１４は、板材１２と一体で矢印＋Ｘ方向へ移動する。このため、滑り材１４と相手板１６、１８との界面で摩擦力が発生する。
【００６９】
この摩擦力は、大きさが概略Ｆ１に等しく向きが逆な力となる。これをＦ２とすると、揺れの振動エネルギーは、Ｆ２×ｄ２に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。
【００７０】
このように、滑り材１４と相手板１６、１８との摩擦面で発生する摩擦力Ｆ１又はＦ２により、揺れの振動エネルギーが徐々に減衰し、建物１００の制震が行われる。
【００７１】
ここで、滑り材１４と相手板１６、１８との摩擦面で摩擦力が発生するとき、摩擦エネルギーにより、滑り材１４又は相手板１６、１８が発熱する。
【００７２】
摩擦力が大きいと、振動エネルギーの減衰量が大きくなるが、一方で、滑り材１４の発熱量は増加する。この発熱量があまりに大きいと、滑り材１４が、溶融して破壊されやすくなったり、変質して摩擦面の摩擦力が低下するなどして、制震効果が十分に得られなくなる。
【００７３】
しかし、本実施形態では、相手板１６、１８として、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上で、厚さ１．９ｃｍの鉄板を用いており、局部的な熱拡散の程度が平均的な熱拡散の程度に比して十分大きくなっている。これにより、滑り材１４と相手板１６、１８の間の摩擦面に発生する熱が、相手板１６、１８及び接続板１２２を介して、建物１００の躯体へ速やかに放散する。
【００７４】
このため、滑り材１４が熱で変質することがない。また、短時間の地震応答に対しては摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材１４が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパー１０の制震効果を維持できる。
【００７５】
さらに、滑り材１４が、フッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成されており、熱で変質しにくくなっているので、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。
【００７６】
次に、本発明の摩擦ダンパーの第２実施形態を図面に基づき説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一のものには、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００７７】
図４ａは、多段構造の摩擦ダンパー５０の断面を示している。摩擦ダンパー５０は、前述の建物１００の下弦材１１２（図１参照）の一部に設けられている。
【００７８】
図４ａに示すように、摩擦ダンパー５０は、主に、鋼板からなる板材５２、５４、５６と、板材５２、５４、５６に取り付けられた滑り材５５と、板材５２、５４、５６と相対移動して滑り材５５との間で摩擦力を発生させる相手板５８、６０、６２、６４と、で構成されている。
【００７９】
板材５４の一方端は、前述の接続板１２０の先端部と共に、鋼板からなる一対の押え板１２９、１３１で挟持されている。押え板１２９、接続板１２０、及び押え板１３１は、押え板１２９の上面から押え板１３１の下面へ貫通する貫通孔１３５、１３６が形成されている。この貫通孔１３５、１３６に、ボルト１３３が挿通され、ナット１３４で締結されることで、接続板１２０に押え板１２９、１３１が固定されている。
【００８０】
また、押え板１２９、１３１は、鋼板からなる一対の押え板６６、６８で挟持されている。さらに、押え板６６、６８は、板材５２、５６で挟持されている。
【００８１】
ここで、板材５２、押え板６６、押え板１２９、板材５４、押え板１３１、押え板６８、及び板材５６には、板材５２の上面から板材５６の下面へ貫通する貫通孔７０、７１が形成されている。この貫通孔７０、７１に、ボルト７２が挿通され、ナット７４で締結されることで、接続板１２０に板材５２、５４、５６の一方端が固定されている。
【００８２】
板材５２、５４、５６の略中央部から他方端までの上面及び下面には、フッ素系樹脂又はフェノール樹脂を基材とする積層型の樹脂で構成された板状の滑り材５５が、板材５２、５４、５６の上面及び下面に沿って所定間隔で複数箇所に貼り付けられている。
【００８３】
滑り材５５は、板材５２、５４、５６に接着剤で貼り付けられているかビス止めされているが、滑り材５５の裏側にバックメタルで構成されるライナー（裏打ち材）を貼り付けて、このライナーを板材５２、５４、５６に切削した溝部に嵌合した上で貼り付けるかビス止めするようにしてもよい。このようにすることで、滑り材５５への局部的な応力集中を緩和させることができる。
【００８４】
各滑り材５５の上面又は下面には、板材５２、５４、５６を挟んで所定距離離間して平行に配置された相手板５８、６０、６２、６４の下面又は上面が当接されている。
【００８５】
相手板５８、６０、６２、６４の一方端から略中央部までは、滑り材５５に当接している。また、相手板６０、６２の他方端は、前述の接続板１２２の上面、下面に当接され、接続板１２２を挟持している。
【００８６】
相手板６０、６２は、鋼板からなる一対の押え板７８、８０で挟持されている。さらに、押え板７８、８０は、板材５８、６４で挟持されている。
【００８７】
ここで、相手板５８、押え板７８、相手板６０、接続板１２２、相手板６２、押え板８０、及び相手板６４には、相手板５８の上面から相手板６４の下面へ貫通する貫通孔７６、７７が形成されている。この貫通孔７６、７７に、ボルト８２が挿通され、ナット８４で締結されることで、接続板１２２に相手板５８、６０、６２、及び６４の他方端が固定されている。
【００８８】
以上の構成により、多段に形成された板材５２、５４、５６及び滑り材５５が一体となって移動し、相手板５８、６０、６２、６４が滑り材５５の上面又は下面を摺擦移動して、板材５２、５４、５６と相手板５８、６０、６２、６４が相対移動可能となっている。
【００８９】
相手板５８、６０、６２、６４は、熱伝導率（λ）が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上で、厚さ（ｔ）が１．９ｃｍの鉄板で構成されている。相手板５８、６０、６２、６４は、アルミニウム、黄銅、銅であってもよい。
【００９０】
次に、本発明の第２実施形態の作用について説明する。
【００９１】
図４ａ〜図４ｃは、板材５２、５４、５６と相手板５８、６０、６２、６４の相対移動の状態を示している。なお、説明の都合上、相手板５８、６０、６２、６４側を基準（固定）として、板材５２、５４、５６の移動量を示している。
【００９２】
図４ａに示すように、建物１００（図１参照）に地震等の揺れが生じていない場合は、板材５２、５４、５６及び相手板５８、６０、６２、６４は静止している。
【００９３】
続いて、図４ｂに示すように、地震等の揺れが生じて、板材５２、５４、５６が相手板５８、６０、６２、６４に対して矢印−Ｘ方向へ距離ｄ３で相対移動すると、滑り材５５は、板材５２、５４、５６と一体で矢印−Ｘ方向へ移動する。このため、滑り材５５と相手板５８、６０、６２、６４との界面（摩擦面）で摩擦力が発生する。
【００９４】
この摩擦力をＦ３とすると、揺れの振動エネルギーは、Ｆ３×ｄ３に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。
【００９５】
続いて、図４ｃに示すように、板材５２、５４、５６が相手板５８、６０、６２、６４に対して矢印＋Ｘ方向へｄ３の位置から距離ｄ４で移動すると、滑り材５５は、板材５２、５４、５６と一体で矢印＋Ｘ方向へ移動する。このため、滑り材５５と相手板５８、６０、６２、６４との界面で摩擦力が発生する。
【００９６】
この摩擦力は大きさが概略Ｆ３に等しく向きが逆な力となる。これをＦ４とすると、揺れの振動エネルギーは、Ｆ４×ｄ４に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。
【００９７】
このように、滑り材５５と相手板５８、６０、６２、６４との摩擦面で発生する摩擦力Ｆ３又はＦ４により、揺れの振動エネルギーが徐々に減衰し、建物１００の制震が行われる。
【００９８】
ここで、滑り材５５と相手板５８、６０、６２、６４との摩擦面で摩擦力が発生するとき、摩擦エネルギーにより、滑り材５５又は相手板５８、６０、６２、６４が発熱する。
【００９９】
摩擦力が大きいと、振動エネルギーの減衰量が大きくなるが、一方で、滑り材５５の発熱量は増加する。この発熱量があまりに大きいと、滑り材５５が、溶融して破壊されやすくなったり、変質して摩擦面の摩擦力が低下するなどして、制震効果が十分に得られなくなる。
【０１００】
しかし、本実施形態では、相手板５８、６０、６２、６４として、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒で、厚さ１．９ｃｍの鉄板を用いており、局部的な熱拡散の程度が平均的な熱拡散の程度に比して十分大きくなっている。これにより、滑り材５５と相手板５８、６０、６２、６４の間の摩擦面に発生する熱が、相手板５８、６０、６２、６４及び接続板１２２を介して、建物１００の躯体へ速やかに放散する。
【０１０１】
このため、滑り材５５が熱で変質することがない。また、短時間の地震応答に対しては摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材５５が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパー５０の制震効果を維持できる。
【０１０２】
さらに、板材５２、５４、５６、滑り材５５、相手板５８、６０、６２、６４を複数積層して、多段の摩擦面を形成しているので、１段当りの摩擦面積を小さくすることができる。これにより、摩擦ダンパー５０をコンパクト化でき、接続板１２０と接続板１２２の隙間が狭くても、建物１００に摩擦ダンパー５０を設置可能となる。
【０１０３】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。
【０１０４】
摩擦ダンパー１０、５０は、板材と滑り材の間の摩擦面を地面と略垂直となるように配置するだけでなく、略平行になるように配置してもよい。
【０１０５】
また、摩擦ダンパー１０、５０は、建物１００の梁部１０４に設けてもよい。
【０１０６】
板材及び相手板は、１枚、３枚、４枚だけでなく、複数枚で適宜枚数選択できる。また、板材及び相手板の厚さは、同一であってもよく、片方が厚くてもよい。
【０１０７】
滑り材は、板材の移動方向に沿って３箇所設けるだけでなく、１箇所で面積の広いものを取り付けてもよく、また、２箇所以上の複数個所で取り付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】（ａ）本発明の第１実施形態に係る摩擦ダンパーが設けられた建物の全体図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る摩擦ダンパーが設けられた建物の部分拡大図である。
【図２】（ａ）本発明の第１実施形態に係る摩擦ダンパーの正面図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る摩擦ダンパーの断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る摩擦ダンパーの移動状態を示す模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る摩擦ダンパーの移動状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 摩擦ダンパー（摩擦ダンパー）
１２ 板材（板材）
１４ 滑り材（滑り材）
１６ 相手板（相手板材）
１８ 相手板（相手板材）
５０ 摩擦ダンパー（摩擦ダンパー）
５２ 板材（板材）
５４ 板材（板材）
５５ 滑り材（滑り材）
５６ 板材（板材）
５８ 相手板（相手板材）
６０ 相手板（相手板材）
６２ 相手板（相手板材）
６４ 相手板（相手板材）
１００ 建物
１２０ 接続板（一の建築構造体）
１２２ 接続板（他の建築構造体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の建築構造体に取り付けられる板材と、
前記板材に固定された滑り材と、
前記滑り材に当接させて、前記一の建築構造体と相対移動する他の建築構造体に取り付けられ、熱伝導率が、８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上の相手板材と、
を備えたことを特徴とする摩擦ダンパー。
【請求項２】
前記相手板材の厚さが、一の建築構造体と他の建築構造体が相対移動している経過時間による前記相手板材の熱拡散を考慮して定められることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ダンパー。
【請求項３】
前記滑り材が、厚さが１ｍｍ以下のフッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成され、バックメタルで構成される裏打ち材が装着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦ダンパー。
【請求項４】
前記板材に溝部が形成され、該溝部に前記滑り材を嵌合したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の摩擦ダンパー。
【請求項５】
両面に前記滑り材を固定した前記板材を上下に複数枚設け、
上下に配置された前記板材に固定された前記滑り材の間へ前記相手板材を挿入して前記滑り材に当接させると共に、最上部の前記滑り材に当接する前記相手板材と最下部の前記滑り材に当接する前記相手板材とを設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の摩擦ダンパー。
【請求項１】
一の建築構造体に取り付けられる板材と、
前記板材に固定された滑り材と、
前記滑り材に当接させて、前記一の建築構造体と相対移動する他の建築構造体に取り付けられ、熱伝導率が、８０Ｗ／ｍ・Ｋ・秒以上の相手板材と、
を備えたことを特徴とする摩擦ダンパー。
【請求項２】
前記相手板材の厚さが、一の建築構造体と他の建築構造体が相対移動している経過時間による前記相手板材の熱拡散を考慮して定められることを特徴とする請求項１に記載の摩擦ダンパー。
【請求項３】
前記滑り材が、厚さが１ｍｍ以下のフッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成され、バックメタルで構成される裏打ち材が装着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦ダンパー。
【請求項４】
前記板材に溝部が形成され、該溝部に前記滑り材を嵌合したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の摩擦ダンパー。
【請求項５】
両面に前記滑り材を固定した前記板材を上下に複数枚設け、
上下に配置された前記板材に固定された前記滑り材の間へ前記相手板材を挿入して前記滑り材に当接させると共に、最上部の前記滑り材に当接する前記相手板材と最下部の前記滑り材に当接する前記相手板材とを設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の摩擦ダンパー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２１１８（Ｐ２００９−２１１８Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６６７７７（Ｐ２００７−１６６７７７）
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
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