JPH0676733U - 摩擦ダンパ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反力壁が不要であり、減衰効果の高く構造の
簡易な摩擦ダンパ構造を提供する。 【構成】 支柱１の長手方向に配置される摩擦板３と、
その摩擦板３の一端を支柱１に固定するボルト４および
ナット５と、摩擦板３の他端を支柱１に対し、摺動自在
に連結するボルト６およびナット７と、摩擦板３の他端
を摩擦材11と共に支柱１に押圧するバネ８とからなる。
支柱１と摩擦板３間の摩擦により振動を減衰させること
ができ、反力壁を要しない。支柱１と固定面との間に柔
構造化材を介在させると支柱１と摩擦板３の間のすべり
が多くなるので一層減衰効果が高くなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は摩擦ダンパ構造に関する。さらに詳しくは、大型の鋼構造物や重量物 の支持フレームなどにおける弾性変形に基づく振動を減衰ないし制振するための 摩擦ダンパ構造に関する。なお、本考案の摩擦ダンパは弾性変形するフレームに 対してであれば、どのような産業分野で用いられている機械装置についても適用 できるものである。

【０００２】

【従来の技術】

大型の鋼構造物や重量物の支持フレームなどの振動系に対する防振対策として は、油圧ダンパや摩擦ダンパ（フリクションダンパ）を用いる、振動を検知 してこれを打消すようにアクチュエータで質量を移動させるアクティブ制御によ る、付加重量とバネとをチューニングして取りつけるＴＭＤ手法による、防 振ゴムを支持台構造物の間などに介在させる、図12に示すように撓み梁や支柱 101 にアーチ状の摩擦板100 を取りつける、といった方法が知られている。 ところが、前記油圧ダンパや摩擦タンパ、あるいはアクティブ制御の場合は、 振動する構造物の他に、該振動する方向側に反力壁などの新たな構造物が必要で あり、設備も高価になる。またＴＭＤ手法の場合はチューニングした特定の周波 数の振動しか制振できず、振動周波数帯域が広い場合は共振などの問題もある。 さらに防振ゴムによる防振作用はゴム内部の減衰能に限界があり、しかも柔構造 化するために剛性要求のある構造には適用しがたいという問題がある。

【０００３】 他方、図12に例示するアーチ状の摩擦板100 は、図13のように梁（または支柱 ）101 が撓んだとき、その上面側が伸びて摩擦板100 の脚部102 との間に摩擦を 生じさせ、上下に振動している間にその摩擦力に応じた減衰を行わせるものであ り、反力を支える構造が不要なものである。ところでこの摩擦板はもともと摩擦 板100 の撓みの反力を利用して脚部102 の押しつけ力を発生させるものであり、 アーチ形状が撓みやすいという性質を利用している。しかし、強く締めつけて摩 擦力を大きくしようとすれば、図14に示すように支柱101 の伸び変形に追随して 容易に長手方向に撓んでしまうため（想像線図示）、支柱101 との伸び差が小さ くなり振動抑制の効果が少なくなる。また、支柱101 に図12の符号Ｆ0 で示すよ うな無用な曲げ力が加わる不具合もある。さらに、支柱101 の撓み幅および摩擦 板100 の締付け力により、脚部102 の支柱表面に対する接触角度および接触面積 が変化し、所期の減衰作用が達せられないという問題がある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の第１の課題は、反力壁を用いる必要がなく、フレームに余分な曲げ力 、引っ張り力が加わらず、しかも減衰・制振効果のすぐれた簡単な構造の摩擦ダ ンパ構造を提供することにある。 また、本考案の第２の課題は、第１考案よりもさらに減衰・制振効果が高く、 かつ簡易な構造の摩擦ダンパ構造を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

第１考案の摩擦ダンパ構造は、弾性変形に基づいて振動するフレームを減衰な いし制振するためのダンパ構造であって、前記フレームの長手方向に沿って設け られた摩擦板と、該摩擦板の第１の箇所を前記フレームまたはフレーム以外の部 材に固定する固定手段と、前記摩擦板の第１の箇所から長手方向に離れた第２の 箇所を少なくとも１箇所設けると共に、該第２の箇所を前記フレームに所定の締 めつけ力でフレームの長手方向にすべりを許すように締結する締結手段とからな ることを特徴とする。

【０００６】 第２考案は、前記フレームの基端が柔構造化材を介してフレーム以外の部材に 固定されており、前記摩擦板の第１の箇所が該フレーム以外の部材に固定されて いることを特徴とする。 なお、本考案において摩擦板は、板状のものでもよく梁状のものであってもよ い。

【０００７】

【作用】

第１考案では、フレームが撓み振動をすると、その表面の長手方向に離れた２ 点間の長さが変動する。そのとき摩擦板の第１の個所はフレームの表面に固定さ れ、第２の個所はフレームに対して相対的にずれる。そしてそのずれに基づく摩 擦力が減衰作用を奏する。前記摩擦板はフレームに沿う長尺状の形状を有し、第 １の個所がフレームに固着されているので、従来のアーチ状の摩擦におけるよう な撓みによる変形がなく、フレームに曲げ力を加えることもない。また撓み変形 をしないので、第２の個所で接触角や接触面積が変動する問題も生じない。よっ て、第１の課題が達成される。

【０００８】 第２考案のダンパ構造はフレームの基端が柔構造化物を介してフレーム以外の 部材に固定されているので、フレームと摩擦板の第２の個所との間の相対的な移 動量が大きくなり、吸収されるエネルギが大きい。さらに柔構造化物内部でのエ ネルギ吸収作用もあるので減衰能がきわめて高くなる。よって、第２の課題が達 成される。

【０００９】

【実施例】

つぎに、図面を参照しながら本考案の実施例について説明する。 図１のダンパ構造Ａは、第１考案の一実施例であり、振動要素である大型の鋼 構造物や重量物の支柱、クレーンの脚部等のフレームに取りつけられるものであ る（以下の実施例では、フレームが支柱１である場合について説明する）。

【００１０】 このダンパ構造Ａは、前記支柱１の側面1aとの間に隙間２をあけて平行に配置 される摩擦板３と、摩擦板３の下端を支柱１に固定するためのボルト４およびナ ット５と、摩擦板３の上端を支柱１に締結するボルト６、ナット７およびバネ８ とから構成されている。なお摩擦板３の下端側では、支柱１の表面と摩擦板３の 内面との間に、その間隔を維持するスペーサ10が介在されており、上端側では摩 擦材11が介在されている。

【００１１】 支柱１には２本のボルト４，６を通すためのボルト孔12，13が形成されている 。摩擦板３の下端近辺にはボルト４を通すための孔14が形成されており、上端近 辺にはボルト６を通すと共に、支柱１と摩擦板３の撓み方向に沿うように長孔15 が形成されている。前記バネ８は摩擦板３とナット７との間に介在される圧縮コ イルバネである。なお本実施例における、下側のボルト４およびナット５は固定 手段、上側のボルト６およびナット７は締結手段、バネ８は弾発材である。なお 、前記固定手段としては、ボルト・ナットの代りにリベットや溶接を採用しても よい。

【００１２】 上記のごとく構成されるダンパ構造Ａの制振作用を、モデル化した図２〜３に 基づいて以下に説明する。 構造物は一般的に図３（Ａ）に示すように重量物（質量）Ｗと、それを支持す る支持フレームＲとからなる。支持フレームＲの下端は固定面Ｇに固定されてい る。なお実際にはフレームＲの自重が重量物となる場合もある。

【００１３】 上記構造物は、地震、風などの外力を受け、あるいはクレーンなどでは自己の 内部での重心移動により、いずれも支持フレームＲに図３（Ｂ）のような曲げモ ーメントｍが加えられ、それより曲げ撓みが生ずる。ついで曲げ撓みが弾性復帰 して、図３（Ｂ）とは逆に左側に振られ、さらに左右に振動が続き、最終的に元 の状態ないしバランスする姿勢で停止する。そして、図３（Ｂ）に示すように右 側に撓んだ瞬間では、右側の圧縮（縮み）側Ｒa と左側の引張（伸び）側Ｒb が 生ずる。

【００１４】 上記のような表面の伸縮が生ずる場合、図２のモデル図に示すように摩擦板３ を支柱１と平行となるように固定し、その先端側を摩擦材11を介して支柱１に所 定の当接圧Ｆで当接させておけば、支柱１の両側面の伸縮により、摩擦材11と支 柱１との間で摩擦が生じ、この摩擦が支柱１の振動を減衰させる。

【００１５】 すなわち、摩擦材11と支柱１との間の動摩擦係数をμとし、当接力（締め付け 力）をＦとすると、摩擦抵抗の大きさはμＦである。そのため支柱１の振動によ る側面の伸び（縮み）をＸとすると、Ｑ0=μＦＸのエネルギーが摩擦により消費 される。

【００１６】 この場合、摩擦抵抗μＦに基づく摩擦板３の伸縮ｘ（＝μＦＬ／ＥＡ、ただし Ｅ：ヤング率、Ａ：断面積、Ｌ：長さ）によって減少するとしても、Ｑ＝μＦ（ Ｘ−ｘ）＝μＦδのエネルギーが消費され、これが減衰に寄与することになる。 なお、上記図１の実施例では弾発材としてバネ８を用いたが、弾力性の有るゴ ム材等のような伸縮性のある部材を設けてもよい。このようなバネ８やゴム等の 弾発材を設ける理由は、摩擦板３が磨耗しても常時同じ力で摩擦板３の上端を支 柱１に向って付勢できるからである。また、摩擦材11も必ずしも必須ではないが 、設けた場合は動摩擦係数μを一定にコントロールできるので、摩擦力の変動が 少なくなり好ましいものである。

【００１７】 つぎに、図４を参照して第１考案のダンパ構造の他の実施例を説明する。 図４のダンパ構造Ｂは支柱１の両側面に、対称的に一対の摩擦板３がダンパ部 材として取りつけられている。この摩擦板３は図１のものとほぼ同じであり、図 示していないが摩擦材11およびスペーサ10も取付けられている。 この実施例では支柱１の撓みに応じて、引張側の面の摩擦板３がその伸びに抵 抗し、圧縮側の面の摩擦板３がその縮みに抵抗するので、２倍の減衰作用を奏す る。またボルト４，６などを共通化しうる利点がある。

【００１８】 つぎに、上記実施例および比較例により、本考案のダンパ構造の減衰効果を説 明する。 〈実施例１〉 図４に示すように、離間して配置した２本の支柱１、１の上端同士の間に、ピ ン12、12により重量物Ｗを支えた実験装置を用意した。各支柱１の下端は基板14 によって固定面Ｇ上に固定されている。支柱１の厚さＴ＝12mm、幅＝400mm 、高 さＨ1=294mm 、重量物Ｗを支持するピン21の高さＨ2 ＝364mm 、重量物Ｗの重量 ＝1.6 トンの条件で構成し、前記支柱に材質：ＳＳ400 、厚さ：t ＝1.2mm 、幅 ：400mm 、上下のボルト４，６の中心間の距離Ｐ＝170mm の摩擦板３を取りつけ 、締め付け力Ｆを242kgfとしたものを実施例１の構造として調整した。なお、支 柱１の材質はＳＳ400 で、ヤング率Ｅ＝21,000kgf/mm² 、断面二次モーメントＩ ＝58mm⁴ であった。 〈実施例２〉 上記装置において上側のボルト６を調節して締め付け力Ｆを302.5kgfに調節し たものを実施例２の構造とした。 〈比較例１〉 図４の装置において支柱１に摩擦板３を取付けない以外は実施例１と同様のも のを比較例１とした。

【００１９】 〈実験方法〉 上記構造において実施例１〜２においては図４の矢印Ｓ方向にハンマー等で衝 撃力を加え、重量物Ｗの水平方向の振動を動歪計で測定し、記録した。その結果 を図５〜６に示す。また比較例１についても、同様に振動波形を記録した。その 結果を図７に示す。さらにグラフに基づいて算出した振動数f0、減衰係数ｈを表 １に示す。 表１ 振動数f0（Ｈ2 ） 減衰係数ｈ（％） 実施例１ ： ４．８ ２．８ 実施例２ ： ４．８ ３．１ 比較例１ ： ４．７５（※） ０．３１７ （※）固定振動数である

【００２０】 図５〜７および表１から明らかなように、摩擦板３を取付けていない比較例１ では振動が数10秒続くが、摩擦板３を取りつけた実施例１〜２の構造では１〜２ 秒以内に振幅が100 μm 以下に減少しており、減衰効果が大きいことがわかる。 さらに締め付け力が302.5kgfとした実施例２の構造では、締め付け力が242kgfの 実施例１の構造に比して、一層減衰効果が高いことがわかる。これは締付力Ｆを 大きくしたために摩擦抵抗μＦが大きくなったためと考えられる。

【００２１】 つぎに図８を参照して本考案のダンパ構造のさらに他の実施例を説明する。 図８のダンパ構造Ｃは片持ち梁25の上下の面にダンパ部材である摩擦板３を取 りつけたものである。この摩擦板３は中心が固定用のボルト27およびナット28で 梁25に固定されている。そして両端近辺が長孔29を通したボルト30とその先端の ナット31、さらにボルト30の頭と上側の摩擦板26との間のバネ32、ナット31と下 側の摩擦板26との間のバネ32によってそれぞれ梁25に向って付勢されている。 なお、同じ長さの摩擦板を用いた図４のダンパ構造Ｂと比べると、各摩擦個所 における摩擦板３と梁25の間の長手方向のズレが1/2 であるが、トータルでは同 じである。しかし圧縮時に座屈を生じにくく、梁25と摩擦板３との密着性を高く しうるなどの利点がある。本実施例では、スペーサ10および摩擦材11を用いてい ないが、これらを設けてもよい。

【００２２】 図10に示すダンパ構造Ｄは第２考案の一実施例である。 このダンパ構造Ｄは図９に示すダンパ構造Ｂのモデル図と対比させると明瞭で あるように、支柱１と固定面Ｇとの間に柔構造化材34を介在させた点に特徴があ る。なお固定面Ｇは請求項１、４、５にいうフレーム以外の部材である。前記柔 構造化材34としてはゴムマウント，スプリングなどを採用しうる。 このダンパ構造Ｄは支柱１の左右の撓みまたは上下の振動の振幅が大きく、そ のため摩擦材11と支柱１との間の相対的なすべり量が大きくなる。すなわち図11 （Ａ）および図11（Ｂ）のモデル図に示すように、本来の支柱１の弾性変形に基 づく支柱１と摩擦材11との間のすべり量δ1 に、さらに柔構造化材34の変形量δ 2 が加わるので、全体のすべり量がδ＝δ1 ＋δ2 と増加する。この増加したす べり量によるエネルギ逸散Ｑ2 ＝μＦδ＝μＦ（δ1 ＋δ2 ）が減衰に寄与する ため、減衰能が大幅に向上することになる。

【００２３】 また、これらに加えて柔構造化材に防振ゴムを利用すれば、防振ゴムでのエネ ルギー逸散が追加され一層の減衰能が向上する。 なお、前記第１、第２考案では摩擦板３を支柱１、梁25または固定面Ｇに１箇 所固定しているが、この固定手段に変えて全てを締結手段にしても何らさしつか えないものである。

【００２４】

【考案の効果】

第１考案の摩擦ダンパ構造は、反力壁を用いずに、しかも支柱や梁に余分な曲 げ力、引っ張り力を加えることがなく、高い減衰・制振効果を奏しうる。第２考 案の摩擦ダンパ構造は、前記第１考案の摩擦ダンパに比して一層高い減衰・制振 効果を奏しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１考案の一実施例にかかわるダンパ構造Ａを
示す正面図である。

【図２】図１のダンパ構造Ａの減衰作用を示すモデル図
である。

【図３】（Ａ）は本考案の適用対象となる振動系のモデ
ル図であり、（Ｂ）はその振動状態を示すモデル図であ
る。

【図４】第１考案の他の実施例にかかわるダンパ構造Ｂ
およびそれを備えた実験装置の正面図である。

【図５】実施例１のダンパ構造の振動減衰曲線を示すグ
ラフである。

【図６】実施例２のダンパ構造の振動減衰曲線を示すグ
ラフである。

【図７】比較例１のダンパ構造の振動減衰曲線を示すグ
ラフである。

【図８】第１考案の他の実施例にかかわるダンパ構造Ｃ
の正面図である。

【図９】第１考案のダンパ構造Ｂのモデル図である。

【図10】第２考案の一実施例にかかわるダンパ構造Ｄの
モデル図である。

【図11】（Ａ），（Ｂ）は共に図10のダンパ構造Ｄの減
衰作用を示すモデル図である。

【図12】従来のアーチ状摩擦板の説明図である。

【図13】図12のアーチ状摩擦板の減衰作用の説明図であ
る。

【図14】図12のアーチ状摩擦板の問題点の説明図であ
る。

【符号の説明】

Ａ ダンパ構造 Ｂ ダンパ構造
Ｃ ダンパ構造 Ｄ ダンパ構造 １ 支柱
３ 摩擦板 ４ ボルト ５ ナット
６ ボルト ７ ナット ８ バネ
11 摩擦材 15 長孔 25 梁
29 長孔 30 ボルト 31 ナット
32 バネ 34 柔構造化材

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性変形に基づいて振動するフレームを減
   衰ないし制振するためのダンパ構造であって、 前記フレームの長手方向に沿って設けられた摩擦板と、 該摩擦板の第１の箇所を前記フレームまたはフレーム以
   外の部材に固定する固定手段と、 前記摩擦板の第１の箇所から長手方向に離れた第２の箇
   所を少なくとも１箇所設けると共に、該第２の箇所を前
   記フレームに所定の締めつけ力でフレームの長手方向に
   すべりを許すように締結する締結手段とからなることを
   特徴とする摩擦ダンパ構造。
2. 【請求項２】前記第１の箇所を固定手段から締結手段に
   変更したことを特徴とする請求項１記載の摩擦ダンパ構
   造。
3. 【請求項３】前記締結手段が所定の締めつけ力を維持す
   るための弾発材を備えていることを特徴とする請求項１
   または２記載の摩擦ダンパ構造。
4. 【請求項４】前記締結手段の箇所において、前記摩擦板
   と前記フレームまたはフレーム以外の部材との間に、両
   者間の摩擦係数を規定する摩擦材が介在されていること
   を特徴とする請求項１または２記載の摩擦ダンパ構造。
5. 【請求項５】前記フレームの基端が柔構造化材を介して
   フレーム以外の部材に固定されており、前記摩擦板の第
   １の箇所が該フレーム以外の部材に固定されていること
   を特徴とする請求項１または２記載の摩擦ダンパ構造。