特開 2024-179731 摩擦接合構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179731

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】摩擦接合構造

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/02 20060101AFI20241219BHJP

   F16F 7/00 20060101ALI20241219BHJP

   E04H 9/02 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

F16F15/02 E

F16F7/00 A

E04H9/02 321B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023098793

(22)【出願日】2023-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000231855

【氏名又は名称】日本鋳造株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504150450

【氏名又は名称】国立大学法人神戸大学

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】二宮 僚

(72)【発明者】

【氏名】小林 裕介

(72)【発明者】

【氏名】石山 昌幸

(72)【発明者】

【氏名】山崎 信宏

(72)【発明者】

【氏名】橋本 国太郎

【テーマコード（参考）】

2E139

3J048

3J066

【Ｆターム（参考）】

2E139AA01

2E139AC19

2E139BA20

3J048AA06

3J048AC01

3J048BA24

3J048BE12

3J048EA38

3J066AA30

3J066BA01

3J066BB04

3J066BC03

3J066CA06

(57)【要約】

【課題】滑り前の摩擦抵抗力の上昇を抑制しつつ、滑り後の摩擦抵抗力を増加させることにより振動エネルギーの吸収性能を向上させることができる摩擦接合構造を提供する。
【解決手段】摩擦接合構造は、主動板と、従動板と、中間部材と、第１貫通孔及び第２貫通孔に挿入されたボルトと、ボルトに螺合したナットと、ボルトが挿通された一対の座金とを有し、主動板、従動板及び中間部材により構成された積層体に一対の座金を介して締結力を導入する結合部材とを備える。中間部材には、ボルトが移動可能な案内部が形成され、主動板を中間部材から離間させる面方向の力が作用した場合、案内部に沿ったボルトの移動に伴い主動板が中間部材と面接触した状態で作用方向に案内され、第１貫通孔及び第２貫通孔はいずれもボルトの軸部よりも大きな径を有し、主動板の作用方向への移動に伴い、従動板の作用方向への移動が開始する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層された部材同士が面接触することにより発生する摩擦抵抗力により部材間の相対的な移動が抑制される摩擦接合構造であって、
板厚方向に第１貫通孔が形成された平板状の主動板と、
板厚方向に第２貫通孔が形成された平板状の従動板と、
前記主動板と前記従動板とに挟まれて配置された平板状の中間部材と、
前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔に挿入されたボルトと、前記ボルトに螺合したナットと、前記ボルトが挿通された一対の座金とを有し、前記主動板、前記従動板及び前記中間部材により構成された積層体に前記一対の座金を介して締結力を導入する結合部材とを備え、
前記中間部材には、前記ボルトが移動可能な案内部が形成され、前記主動板を前記中間部材から離間させる面方向の力が作用した場合、前記案内部に沿った前記ボルトの移動に伴い前記主動板が前記中間部材と面接触した状態で作用方向に案内され、
前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔はいずれも前記ボルトの軸部よりも大きな径を有し、
前記主動板の前記作用方向への移動に伴い、前記従動板の前記作用方向への移動が開始することを特徴とする摩擦接合構造。

【請求項2】

請求項１に記載の摩擦接合構造であって、
前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔の内側に配置される緩衝材を更に備え、
前記緩衝材により前記ボルトの軸部の外周が覆われていることを特徴とする摩擦接合構造。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の摩擦接合構造であって、
前記第２貫通孔は、前記第１貫通孔よりも大きい径を有していることを特徴とする摩擦接合構造。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の摩擦接合構造であって、
前記案内部は、前記作用方向に沿って互いに平行に延びる一対のスリットを有して構成されていることを特徴とする摩擦接合構造。

【請求項5】

請求項４に記載の摩擦接合構造であって、
前記第１貫通孔は、前記作用方向に沿って複数形成されて第１貫通孔群を構成し、
前記第２貫通孔は、前記作用方向に沿って複数形成されて第２貫通孔群を構成し、
前記第１貫通孔群及び前記第２貫通孔群は、前記一対のスリットのいずれにも平面視で一致した状態で、前記作用方向に直交する方向に２列配置されていることを特徴とする摩擦接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩擦接合構造に関し、特に地震等により発生した振動エネルギーの吸収性能を向上させることができる摩擦接合構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、橋梁やトンネル、高層ビル等において、地震等の振動エネルギーを吸収するための制振構造が用いられている。制振構造としては、例えば摩擦力を生じさせる２つの部材を上下に積層し、このうち一方の部材が他方の部材に対して水平方向にずれる（すべる）際に発生する摩擦抵抗力を利用して振動エネルギーを吸収するというものである。振動エネルギーを吸収するためには、摩擦抵抗力を上昇させる他、ボルト接合により上下方向から軸力を増加させることも有効な手法である。（特許文献１－２参照）。

【0003】

例えば、特許文献１には、建物架構の振動を効果的に制振するようにしたボルト接合部の制振構造が開示されている。この制振構造は、鉄骨部材に組み込まれた２つの圧接板を互いに重合するとともに、両圧接板間に相対移動を可能にしてボルト軸力を付加し、２つの圧接板間に発生する摩擦抵抗力によって、２つの鉄骨部材間を制振するようにされている。第１圧接板と第２圧接板との間には、摩擦板と滑動板とが対になって挟み込まれており、ボルト接合部が７層構造となっている。このような構成により、常にほぼ一定した摩擦抵抗力を発生させて、安定した制振効果を得ることができる。

【0004】

また、特許文献２には、制振構造として少ないボルト数でも強力に接合できる高力ボルト摩擦接合構造が開示されている。この高力ボルト摩擦接合構造は、一対の鋼材が接合されてなるものであり、一対の鋼材の接合側の端部には、少なくとも２つの板状端部が重なる配置に設けられ、一方の鋼材の端部の板状端部と他方の鋼材の端部の板状端部とが積層された状態で、高力ボルトにより圧接されている。このような摩擦面を増やすことができる構成により、少ないボルト数でも強力に接合できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００－３５２１１３号公報

【特許文献2】特開２０１９－６０４０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上記特許文献では、いずれも２つの部材間において発生する摩擦抵抗力を利用して振動エネルギーを吸収しようとするものであった。２つの部材間においてすべり後の摩擦抵抗力を上昇させる場合、すべり前の摩擦抵抗力も上昇してしまう。具体的には、すべり前の最大静止摩擦力をＦ_ｆｍａｘ、すべり後の動摩擦力をＦ_ｆｋｉｎ、静止摩擦係数をμ、動摩擦係数をμ’、摩擦面数をｍ（当該構造ではｍ＝１）、ボルト本数をｎ、すべり直前のボルト軸力をＮ、すべり後のボルト軸力をＮ’とすると、
Ｆ_ｆｍａｘ＝μ・ｍ・ｎ・Ｎ・・・（１）
Ｆ_ｆｋｉｎ＝μ’・ｍ・ｎ・Ｎ’・・・（２）
と表せる。

【0007】

また、一般に物質の静止摩擦係数μと動摩擦係数μ’の関係はμ＞μ’となり、加えて高力ボルト摩擦接合継手に用いる高力ボルトの軸力Ｎは、すべりが生じると大きく低下する（Ｎ＞Ｎ’となる）傾向がある。つまり、Ｆ_ｆｍａｘ＞Ｆ_ｆｋｉｎとなるが、Ｆ_ｆｋｉｎが小さくなればなるほどエネルギー吸収性能も低下することとなる。一方で、所定のエネルギー吸収性能を確保するためにボルト本数を増やした場合には、エネルギー吸収性能に寄与するＦ_ｆｋｉｎのみならず、Ｆ_ｆｍａｘも増加する。Ｆ_ｆｍａｘが増加すると、例えば特許文献１に示されている装置を設置する場合において、Ｆ_ｆｍａｘに耐えうる固定治具（一般にアンカーボルト等）を橋脚に配置する必要があるため、設置スペースの不足や、橋脚への負荷が増加するという不都合が生じていた。

【0008】

そこで、本発明は、滑り前の摩擦抵抗力の上昇を抑制しつつ、滑り後の摩擦抵抗力を増加させることにより振動エネルギーの吸収性能を向上させることができる摩擦接合構造を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題に対して、本発明は、積層された部材同士が面接触することにより発生する摩擦抵抗力により部材間の相対的な移動が抑制される摩擦接合構造であって、板厚方向に第１貫通孔が形成された平板状の主動板と、板厚方向に第２貫通孔が形成された平板状の従動板と、前記主動板と前記従動板とに挟まれて配置された平板状の中間部材と、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔に挿入されたボルトと、前記ボルトに螺合したナットと、前記ボルトが挿通された一対の座金とを有し、前記主動板、前記従動板及び前記中間部材により構成された積層体に前記一対の座金を介して締結力を導入する結合部材とを備え、前記中間部材には、前記ボルトが移動可能な案内部が形成され、前記主動板を前記中間部材から離間させる面方向の力が作用した場合、前記案内部に沿った前記ボルトの移動に伴い前記主動板が前記中間部材と面接触した状態で作用方向に案内され、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔はいずれも前記ボルトの軸部よりも大きな径を有し、前記主動板の前記作用方向への移動に伴い、前記従動板の前記作用方向への移動が開始することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、上記構成によって、滑り前の摩擦抵抗力の上昇を抑制しつつ、滑り後の摩擦抵抗力を増加させることにより振動エネルギーの吸収性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】（ａ）は本実施の形態に係る摩擦接合構造を説明するための斜視図、（ｂ）は摩擦接合構造側面図である。

【図2】（ａ）は、主動板の平面図、（ｂ）は主動板の側面図である。

【図3】（ａ）は、従動板の平面図、（ｂ）は従動板の側面図である。

【図4】（ａ）は、中間部材の平面図、（ｂ）は中間部材の側面図である。

【図5】（ａ）は、図１におけるＡ－Ａ矢視方向で見た断面図、（ｂ）は、第１貫通孔と軸部との関係を示す図、（ｃ）は、第２貫通孔と軸部との関係を示す図である。

【図6】第１貫通孔及び第２貫通孔の内側に緩衝材が設けられた例を示す図である。

【図7】（ａ）は、初期状態における摩擦接合構造の図、（ｂ）はそのＢ－Ｂ断面図である。

【図8】初期状態のグラフである。

【図9】（ａ）は、初期滑り時における摩擦接合構造の図、（ｂ）はそのＣ－Ｃ断面図である。

【図10】初期滑り時のグラフである。

【図11】（ａ）は、従動板の移動初期における摩擦接合構造の図、（ｂ）はそのＤ－Ｄ断面図である。

【図12】従動板の移動初期のグラフである。

【図13】（ａ）は、最終滑り時における摩擦接合構造の図、（ｂ）はそのＥ－Ｅ断面図である。

【図14】最終滑り時のグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

【0013】

図１（ａ）は、本実施の形態に係る摩擦接合構造１を説明するための斜視図であり、図１（ｂ）はその側面図である。摩擦接合構造１は、外力が生じた場合に、面接触した状態で積層された部材間に発生する摩擦抵抗力により部材間の相対的な移動が抑制される構造を有し、摩擦接合構造１に振動が生じた場合には、部材同士の摩擦抵抗力により振動エネルギーを吸収するものである。

【0014】

摩擦接合構造１は、主動板１０と、従動板２０と、中間部材３０と、結合部材４０とを有して構成されている。主動板１０、中間部材３０、従動板２０はこの順に積層され、中間部材３０の上方側には主動板１０が面接触した状態で配置され、中間部材３０の下方側には従動板２０が面接触した状態で配置されている。なお、以下の説明では、主動板１０が従動板２０よりも上方側にある場合を例に説明するが、これは説明の便宜のためであり、従動板２０が主動板１０よりも上方側にあってもよい。主動板１０、従動板２０及び中間部材３０により、積層体Ｌが構成されている。

【0015】

主動板１０、従動板２０及び中間部材３０は、いずれも平面視略長方形状に形成された平板状の部材であり、主動板１０及び中間部材３０はほぼ同じ形状、寸法に形成されている。従動板２０は、主動板１０及び中間部材３０よりも幅方向の寸法が短く形成されている。なお、主動板１０、従動板２０及び中間部材３０の寸法は、互いに異なっていてもよく、全てが同じ寸法に形成されていてもよい。以下の説明では、主動板１０、従動板２０及び中間部材３０の長手方向をＸ方向とし、短手方向をＹ方向とし、積層方向をＺ方向とする。

【0016】

図１（ａ）に示すように、結合部材４０は３行×２列に配置されている。具体的には、長手方向（Ｘ方向）に沿った３個１組の結合部材４０の列が、短手方向（Ｙ方向）に２列配置されている。長手方向に沿って配置されている３個の結合部材４０は、等間隔に配置されている。なお、結合部材４０の設けられる位置、個数は特に限定されるものではない。

【0017】

図１（ｂ）に示すように、それぞれの結合部材４０は、積層体Ｌを貫通するボルト４１と、ボルト４１に螺合したナット４２と、ボルト４１が挿通される一対の座金４３とを有する。結合部材４０は、積層体Ｌを上下から結合し、ボルト４１の軸方向において積層体Ｌに締結力（軸力）が導入される。

【0018】

図２（ａ）は、主動板１０の平面図であり、図２（ｂ）はその側面図である。主動板１０は、平面視略長方形状に形成された板状部材である。主動板１０の長手方向における一方側の端部は第１端部１０ａとされ、他方側の端部は第２端部１０ｂとされている。

【0019】

主動板１０には、板厚方向に貫通する複数の第１貫通孔１１が形成されている。それぞれの第１貫通孔１１は、同じ寸法及び形状を有し、平面視で円形状に形成されている。第１貫通孔１１は、ボルト４１が貫通することができるのであれば、いかなる寸法及び形状であってもよい。複数の第１貫通孔１１のうち、一部の第１貫通孔１１には、ボルト４１が貫通しなくてもよい。それぞれの第１貫通孔１１の内側の面は、第１内周面１１ａとされている。

【0020】

図２（ａ）に示すように、長手方向に沿って３個の第１貫通孔１１が形成され、短手方向に２個の第１貫通孔１１が形成され、６個の第１貫通孔１１が３行×２列に配置されている。具体的には、長手方向（Ｘ方向）に沿って一列に並んで形成された複数（３個）の第１貫通孔１１が第１貫通孔群を構成し、この第１貫通孔群が長手方向に沿って２列に並んで配置されている。長手方向に沿って一列に並んで形成された複数の第１貫通孔１１は、それぞれ等間隔に配置されている。複数の第１貫通孔１１（第１貫通孔群）は、長手方向に沿って互いに平行に延びており、いずれも長手方向における中央部分よりも第２端部１０ｂ寄りに配置されている。

【0021】

なお、主動板１０に形成される第１貫通孔１１は、複数ではなく１個のみであってもよい。また、第１貫通孔群を構成する第１貫通孔１１の個数は３個以外であってもよく、設けられる第１貫通孔群は２列以外であってもよい。形成される第１貫通孔１１の個数は特に限定されるものではないが、主動板１０に形成される第１貫通孔１１の個数が多ければ多いほど、それだけ貫通させることができる結合部材４０の個数を増加させることができ、結合部材４０により付与される締結力を増加させることができる。また、長手方向に沿って２列に並んで第１貫通孔１１が形成されていることにより、結合部材４０の移動する方向を長手方向のみに規定（案内）させることができる。

【0022】

主動板１０の上方側（中間部材３０と反対側）の面は第１非接触面１２とされ、下方側（中間部材３０側）の面は第１接触面１３とされている。第１接触面１３は、中間部材３０と面接触する面であり、主動板１０が中間部材３０から離間するように移動した場合には、中間部材３０との間に摩擦抵抗力を発生させる摩擦力付与面として機能する。

【0023】

主動板１０は、例えば鋼板などの金属、強化プラスチックなどの摩擦係数が高い素材により構成されていればよい。なお、主動板１０は、中間部材３０との間で摩擦抵抗力が生じるような部材であれば、いかなる素材により構成されていてもよい。

【0024】

図３（ａ）は、従動板２０の平面図であり、図３（ｂ）はその側面図である。従動板２０は、主動板１０と同様に平面視略長方形状に形成された板状部材であり、幅方向（短手方向）における寸法は、主動板１０よりも狭く形成されている。従動板２０は、主動板１０とほぼ同様に形成されているため、詳細な説明は適宜省略する。従動板２０の長手方向における一方側の端部は第３端部２０ａとされ、他方側の端部は第４端部２０ｂとされている。

【0025】

従動板２０には、板厚方向に貫通する複数の第２貫通孔２１が形成されている。それぞれの第２貫通孔２１は、平面視において第１貫通孔１１と一致する位置に形成されている。具体的には、長手方向（Ｘ方向）に沿って一列に並んで形成された複数（３個）の第２貫通孔２１が第２貫通孔群を構成し、この第２貫通孔群を構成するそれぞれの第２貫通孔２１が、積層体Ｌの積層方向（上下方向）において第１貫通孔１１と貫通することができる位置に形成されている。第２貫通孔２１は、平面視で円形状に形成されているが、ボルト４１が貫通することができるのであれば、いかなる寸法及び形状であってもよい。なお、第２貫通孔２１は、第１貫通孔１１よりも直径が大きくなるように形成されている。第２貫通孔２１は、第１貫通孔１１と上下方向において一致した位置に形成されるため、主動板１０において形成される第１貫通孔１１が１ヶ所であれば、第２貫通孔２１も１ヶ所にのみ形成されればよい。それぞれの第２貫通孔２１の内側の面は、第２内周面２１ａとされている。

【0026】

従動板２０の上方側（中間部材３０側）の面は第２接触面２２とされ、下方側（中間部材３０と反対側）の面は第２非接触面２３とされている。第２接触面２２は、中間部材３０と面接触する面であり、従動板２０が中間部材３０から離間するように移動した場合には、中間部材３０との間に摩擦抵抗力を発生させる摩擦力付与面として機能する。第２接触面２２の静止摩擦係数は、第１接触面１３の静止摩擦係数と同じであってもよく、異なっていてもよい。

【0027】

従動板２０は、座金４３と異なる素材、例えば鋼板などの金属、強化プラスチックなどの摩擦係数が高い素材により構成されていればよい。なお、従動板２０は、中間部材３０との間で摩擦が生じるような部材であれば、いかなる素材により構成されていてもよい。

【0028】

図４（ａ）は、中間部材３０の平面図であり、図４（ｂ）はその側面図である。中間部材３０は、平面視略長方形状に形成された板状部材である。中間部材３０の長手方向における一方側の端部は第５端部３０ａとされ、他方側の端部は第６端部３０ｂとされている。

【0029】

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、中間部材３０には長手方向に沿って案内部３１が形成されている。即ち、案内部３１は、第６端部３０ｂ側が開放された一対のスリット３１ａを有して構成され、一対のスリット３１ａは長手方向に沿って互いに平行に伸びている。なお、案内部３１を構成するスリットは３個以上であってもよく、複数のスリットは分離していてもよく、繋がった状態で一体的に形成されていてもよい。また、案内部３１は、長手方向に沿って直線状に伸びる部分を有しているのであればいかなる形状であってもよく、スリット以外の形状、例えば、長孔により構成されていてもよい。案内部３１の長手方向に沿った長さは特に限定されるものではないが、後述するように摩擦抵抗力を長時間付与する観点からは、可能な限り長いことが望ましい。

【0030】

それぞれの案内部３１は複数の第１貫通孔１１（第１貫通孔群）及び複数の第２貫通孔２１（第２貫通孔群）と積層方向において一致している。複数の第１貫通孔１１、案内部３１及び第２貫通孔２１が積層方向（Ｚ方向）において一致することで、ボルト４１が積層体Ｌを貫通することができる。ボルト４１は、案内部３１が伸びる方向に沿ってのみ移動可能である。そのため、案内部３１にボルト４１が挿入された状態で主動板１０に引張力あるいは締結力等の外力が作用すると、これらの作用する力の方向（以下単に「作用方向」と称す）に関わらずボルト４１の移動方向、即ち、案内部３１が伸びる方向に沿って主動板１０も移動する。これにより、主動板１０あるいは従動板２０を、中間部材３０に対して直線的に移動させ続けることができる。更に、長手方向に沿って一対のスリット３１ａが形成されていることにより、結合部材４０の移動する方向を長手方向のみに規定させることができる。

【0031】

中間部材３０の上方側（主動板１０側）の面は第１摺接面３２とされ、下方側（従動板２０側）の面は第２摺接面３３とされている。

【0032】

図５（ａ）は、図１におけるＡ－Ａ矢視方向で見た断面図である。図５に示すように、主動板１０、中間部材３０及び従動板２０がこの順に上下に積層され、これらがボルト４１、ナット４２及び一対の座金４３により一体化されている。一対の座金４３のうち、上方側の座金４３は第１非接触面１２と接触し、下方側の座金４３は第２非接触面２３と接触した状態で配置されている。

【0033】

一体化された状態では、結合部材４０が、積層体Ｌを上下から一対の座金４３により結合する。このため、第１摺接面３２と第１接触面１３、第２摺接面３３と第２接触面２２との間に発生する摩擦抵抗力を増加させることができる。また、一体化された状態では、ボルト４１の軸部４１ａは主動板１０、従動板２０、中間部材３０のいずれの部材からも離間した状態で配置されている。即ち、軸部４１ａは第１内周面１１ａ、第２内周面２１ａ及び案内部３１のいずれからも離間した状態で配置されている。

【0034】

図５（ｂ）は、第１貫通孔１１と軸部４１ａとの関係を示す図である。軸部４１ａは、径方向において第１貫通孔１１のほぼ中心に位置し、ボルト４１と第１内周面１１ａとの間には第１隙間Ｇ１が形成されている。これは、軸部４１ａの直径をＤ０、第１貫通孔１１の直径をＤ１とした場合、Ｄ１はＤ０よりも大きくなるように形成されているためである。第１隙間Ｇ１が形成されていることにより、主動板１０に引張力等の外力が作用した場合、ボルト４１が作用方向に第１隙間Ｇ１の距離だけ移動することが可能となっている。

【0035】

図５（ｃ）は、第２貫通孔２１と軸部４１ａとの関係を示す図である。軸部４１ａは、径方向において第２貫通孔２１のほぼ中心に位置し、ボルト４１と第２内周面２１ａとの間には第２隙間Ｇ２が形成されている。これは、軸部４１ａの直径をＤ０、第２貫通孔２１の直径をＤ２とした場合、Ｄ２はＤ０よりも大きくなるように形成されているためである。また、Ｄ２はＤ１よりも大きいため、第１隙間Ｇ１よりも第２隙間Ｇ２の径の方が大きい。このため、軸部４１ａの第１貫通孔１１内の移動可能な距離よりも、軸部４１ａの第２貫通孔２１内の移動可能な距離の方が大きい。

【0036】

図６は、第１貫通孔１１及び第２貫通孔２１の内側に緩衝材５０が設けられた例を示す図である。図６に示すように、第１隙間Ｇ１及び第２隙間Ｇ２には、緩衝材５０が設けられている。緩衝材５０と第１内周面１１ａあるいは第２内周面２１ａとの間には、隙間が設けられていてもよい。緩衝材５０としては、例えばゴム、スポンジ等の弾性を有する素材が挙げられる。

【0037】

本実施の形態に係る摩擦接合構造１に振動が発生した場合の振動抑制メカニズムについて説明する。なお、実際の使用状況では主動板１０、従動板２０いずれについても中間部材３０から離間させる力が作用することが考えられるが、以下においては説明の便宜上、主動板１０に対してのみ離間させる力が作用した場合を例に説明する。また、中間部材３０は、一例として図示しない構造体に固定されているものとする。更に、主動板１０に対して力が作用する場合とは、主動板１０に対して主動板１０が水平方向に移動する場合だけでなく水平方向以外の方向に力が作用する場合等、様々なパターンが考えられるが、以下においては説明の単純化のために主動板１０に対して生じる引張力を例に説明し、引張力が生じる方向（作用方向）を主動板１０の面方向、特に長手方向（Ｘ方向）とする。

【0038】

図７（ａ）は、摩擦接合構造１に振動が生じる前又は振動が生じた直後の静止状態（初期状態）を示す図であり、図７（ｂ）はそのＢ－Ｂ断面図である。図７（ｂ）において、白抜き矢印は引張力が作用する方向を示し、黒塗り矢印は結合部材４０による締結力（軸力）が作用する方向を示し、破線の矢印は第１摺接面３２と第１接触面１３との間に生じる静止摩擦力が作用する方向を示している。引張力が作用する方向は、水平方向おいて左右いずれの方向でもよいが、以下では紙面右側に引張力が作用する場合を想定して説明する。

【0039】

初期状態では、中間部材３０は主動板１０と従動板２０とに挟まれて配置されている。また、作用方向において第２端部１０ｂ、第４端部２０ｂ、第６端部３０ｂが一致した状態である。ボルト４１が第１貫通孔１１、第２貫通孔２１及び案内部３１に挿入され、軸部４１ａと第１内周面１１ａとの間には第１隙間Ｇ１が形成され、軸部４１ａと第２内周面２１ａとの間には第２隙間Ｇ２が形成されている。なお、図７（ｂ）の記載したボルト４１と第１貫通孔１１、案内部３１及び第２貫通孔２１との位置関係は、全ての結合部材４０に該当するものである。

【0040】

主動板１０に引張力が作用した場合、主動板１０は引張力が作用する方向（作用方向）への移動が促される。一方、主動板１０の第１接触面１３と中間部材３０の第１摺接面３２との間には静止摩擦力が作用し、主動板１０の作用方向への移動を阻止する力が作用する。更に、積層体Ｌには結合部材４０により上下方向から締結力（軸力）が付与され、この軸力により主動板１０、従動板２０及び中間部材３０の水平方向への移動が阻止される。

【0041】

初期状態とは、主動板１０に作用する引張力を徐々に大きくしつつも、主動板１０の中間部材３０に対する相対的な移動が生じていない状態である。これは、引張力に対して静止摩擦力と軸力の合力の方が大きいため、主動板１０の中間部材３０に対する滑りが生じていないためである。初期状態は、主動板１０の作用方向への移動が開始する直前まで続く。

【0042】

図８は、摩擦接合構造１において引張力を作用させたときの荷重（引張力）と変位の関係を説明する模式的なグラフである。図８中、縦軸は摩擦接合構造１に作用する荷重の値（Ｎ）であり、横軸は摩擦接合構造１において生じる変位量（ｍｍ）である。図８中、実線部分が初期状態に対応する部分である。図８に示すように、主動板１０を中間部材３０から離間させる方向（面方向）に引張力を少しずつ増加させた場合、引張力に抗しながら一定以上の荷重がかかるまで主動板１０が内部ひずみにより変形し続ける。具体的には、図８に示すように、引張力を作用させ始めてから一定期間、引張力が臨界値Ｐ０に至るまで、引張力の増加に伴い主動板１０の変形量も増加する。

【0043】

図９（ａ）は、主動板１０が作用方向に滑り始めた直後の状態（初期滑り状態）を示す図であり、図９（ｂ）はそのＣ－Ｃ断面図である。図９（ｂ）において、白抜き矢印は引張力が作用する方向を示し、黒塗り矢印は結合部材４０による締結力（軸力）が作用する方向を示し、斜線矢印は第１摺接面３２と第１接触面１３との間に生じる動摩擦力が作用する方向を示している。

【0044】

初期滑り時では、主動板１０のみが中間部材３０に対して作用方向に移動を開始し、従動板２０と中間部材３０は静止した状態が維持されている。これは、主動板１０に作用する引張力が増加した結果、静止摩擦力と軸力の合力を超えたためである。主動板１０が作用方向に滑り始めると、第１接触面１３と第１摺接面３２との間に作用する力が静止摩擦力から動摩擦力に変化する。一般的に、動摩擦力は静止摩擦力よりも小さいため、主動板１０が滑り始めると、荷重が一時的に大幅に減少するとともに、一旦減少した後は荷重の低い状態が維持される。なお、初期滑り時では、従動板２０は静止状態が維持されるため、軸部４１ａと第２内周面２１ａとの間には第２隙間Ｇ２が確保されている。

【0045】

ここで、先の初期状態では、軸部４１ａと第１内周面１１ａとの間には第１隙間Ｇ１が形成されていた。初期滑り時では、主動板１０が第１隙間Ｇ１分だけ移動し、軸部４１ａと第１内周面１１ａが接触するとともに、主動板１０の移動に伴い、ボルト４１が主動板１０に引っ張られた状態で作用方向への移動を開始する。積層体Ｌに設けられた６個全てのボルト４１について、主動板１０の作用方向への移動に伴うボルト４１の移動が生じる。ボルト４１は作用方向に沿って互いに伸びる一対のスリット３１ａに挿通されているため（図４参照）、主動板１０の移動する方向をスリット３１ａの延びる方向に規定することができる。

【0046】

図１０は初期滑り時の荷重（引張力）と変位の関係を説明する模式的なグラフである。図１０中、実線部分が初期滑り時に対応する部分である。初期滑り時では、主動板１０に対する引張力が臨界値Ｐ０を超え、その結果主動板１０の移動が開始する。主動板１０の移動が開始すると、荷重が大幅に減少するとともに、荷重の低い状態が維持される。そのため、図１０に示すように、摩擦接合構造１に作用する荷重が臨界値Ｐ０よりも小さなＰ１の値に減少した状態で、主動板１０が移動し続ける。

【0047】

なお、第１貫通孔１１及び第２貫通孔２１の内側に緩衝材５０が配置されている場合（図６参照）、緩衝材５０が配置されていない場合と比較して主動板１０の移動開始速度を減少させつつ主動板１０の滑りによる荷重を低下させることができる。また、軸部４１ａと第１内周面１１ａとの間に十分な離間距離が確保できない場合でも、軸部４１ａと第２内周面２１ａとの間には、第１隙間Ｇ１よりも大きな第２隙間Ｇ２が確保される。従って、初期滑り時において主動板１０の滑りによる荷重を確実に減少させることができる。

【0048】

図１１（ａ）は、従動板２０が作用方向に滑り始めた直後の状態（従動板移動状態）を示す図であり、図１１（ｂ）はそのＤ－Ｄ断面図である。図１１（ｂ）におけるそれぞれの矢印は、図９（ｂ）における矢印と同様であるため、詳しい説明は省略する。

【0049】

初期滑り時終了時では、軸部４１ａは作用方向において第１内周面１１ａ及び第２内周面２１ａのいずれの面にも接触した状態である。この状態から更に主動板１０に対して引張力が作用し続けると、軸部４１ａには第１内周面１１ａ及び第２内周面２１ａから作用方向に抗する力（支圧力）が付与され、従動板２０から作用方向と反対側への支圧力が付与される。即ち、軸部４１ａが主動板１０及び従動板２０により作用方向における両側から挟み込まれることにより、支圧接合された状態となる。

【0050】

支圧接合された状態では、主動板１０の作用方向における引張力に対し、結合部材４０による上下方向からの軸力、軸部４１ａに生じる支圧力、主動板１０及び従動板２０と中間部材３０との間に生じる動摩擦力の合力が作用している。ここで、従動板２０と中間部材３０との間に動摩擦力が生じているのは、引張力を増加させ続けたことで従動板２０が中間部材３０に対して離間し始めたためである。

【0051】

図１２は従動板２０の移動初期の荷重（引張力）と変位の関係を説明する模式的なグラフである。図１２中、実線部分が従動板２０の移動初期に対応する部分である。第１接触面１３と第１摺接面３２との間に動摩擦力が生じるだけでなく、第２接触面２２と第２摺接面３３との間にも静止摩擦力が生じ、先の初期状態及び初期滑り時よりも摩擦面数が増加している。このため、初期滑り時に作用していた荷重Ｐ１から徐々に増加させても、変位が生じ難くなっている。

【0052】

図１３（ａ）は、主動板１０と同様の状態で従動板２０も移動している状態（最終滑り状態）を示す図であり、図１３（ｂ）はそのＥ－Ｅ断面図である。図１３（ｂ）におけるそれぞれの矢印は、図９（ｂ）における矢印と同様であるため、詳しい説明は省略する。

【0053】

最終滑り時では、結合部材４０による上下方向からの軸力、軸部４１ａに生じる支圧力、主動板１０及び従動板２０と中間部材３０との間に生じる動摩擦力の合力よりも主動板１０の作用方向における引張力の方が大きい状態である。特に、上述した従動板２０の移動初期と比較して、支圧力と動摩擦力の合力を引張力が大幅に上回る。主動板１０の作用方向における引張力の方が大きくなると、主動板１０の移動に伴い、従動板２０の移動も開始する。これにより、第１接触面１３と第１摺接面３２との間のみならず第２接触面２２と第２摺接面３３との間にも動摩擦力が生じることとなり、摩擦面数が増加した状態で主動板１０及び従動板２０の移動が継続される。

【0054】

図１４は最終滑り時の荷重（引張力）と変位の関係を説明する模式的なグラフである。図１４中、実線部分が最終滑り時に対応する部分である。主動板１０の移動に伴い従動板２０も移動を開始するため、先の従動板２０の移動初期よりも摩擦面数が増加する。動摩擦力は静止摩擦力よりも小さいため、引張力（荷重Ｐ２）が臨界値Ｐ０未満の状態で主動板１０及び従動板２０が移動し続ける。一方、荷重Ｐ２は、初期滑り時に作用していた荷重Ｐ１よりも大きな値であることから、荷重が高い状態が維持され、エネルギー吸収量を増加させることができる。

【0055】

このように、本実施の形態に係る摩擦接合構造１では、初期状態、初期滑り状態、従動板移動状態、最終滑り状態を経ることで、滑り前の摩擦抵抗力の上昇を抑制しつつ、滑り後の摩擦抵抗力を増加させることにより振動エネルギーの吸収性能を向上させることができる。即ち、主動板１０のみに対し荷重（引張力）を臨界値Ｐ０まで増加させつつ、一旦荷重を減少させ、主動板１０の作用方向への移動に伴い従動板２０の作用方向への移動を開始させた状態で再び荷重を増加させる。これにより、最初は主動板１０との間のみで摩擦抵抗力が生じていた状態から、大幅に摩擦抵抗力が下がった状態を経て、再び従動板２０との間でも摩擦抵抗力が生じる状態へと遷移させることで、摩擦抵抗力を２段階かつ長期間に亘って発生させることができ、その結果振動エネルギーの吸収性能を向上させることができる。

【0056】

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

【0057】

例えば、前記実施の形態の図６では、緩衝材５０は、ボルト４１の軸部４１ａの外周全体を覆うように配置される例を示したが、軸部４１ａには、周囲の一部に緩衝材５０が配置されていない箇所があってもよい。即ち、軸部４１ａの軸方向あるいは周方向いずれかの方向において、軸部４１ａの一部には緩衝材５０に覆われていない箇所があってもよい。

【符号の説明】

【0058】

１ 摩擦接合構造
１０ 主動板
１１ 第１貫通孔
２０ 従動板
２１ 第２貫通孔
３０ 中間部材
３１ 案内部
３１ａ スリット
４０ 結合部材
４１ ボルト
４２ ナット
４３ 座金
５０ 緩衝材
Ｌ 積層体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】