JP2001227583A - 物体の耐震支持装置 - Google Patents

物体の耐震支持装置

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JP2001227583A
JP2001227583A JP2000037893A JP2000037893A JP2001227583A JP 2001227583 A JP2001227583 A JP 2001227583A JP 2000037893 A JP2000037893 A JP 2000037893A JP 2000037893 A JP2000037893 A JP 2000037893A JP 2001227583 A JP2001227583 A JP 2001227583A
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Ryozo Yoneda
良三 米田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】建築物の内外を問わず、地震時の水平震動を吸
収して、支持対象物体を安定に支持することができる物
体の耐震支持装置を提供する。 【解決手段】支持対象の物体を支持する強度を有する材
料よりなる球体と、その球体を保持しかつ物体を支持す
るために用いられる支持枠とを備えている。この支持枠
は、物体の搭載面とは反対側の他表面側に球体を保持す
るための筒体部を備え、その筒体部は、球体の直径より
短い深さを有する筒状収容孔とを備え、この筒状収容孔
の下端内壁には、球体が筒状収容孔から外に脱落しない
ように脱落防止部が備えている。筒状収容孔の内壁の上
端には、該上端から搭載面の方向にかつ当該筒状収容孔
の中心軸に向かう方向に延びる仮想錐体の斜面に沿うよ
うに配置された側壁を有する凹部が形成され、この凹部
の側壁が前記球体の上端部との間で動摩擦力を生ずる支
持接触をなすように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、地震による水平力
を物体に伝えないようにその物体を支持するために用い
られる耐震支持装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近の阪神大震災による大被害等を考慮
して、防災の面から建物の耐震構造が見直される気運が
生じており、地震に耐える構造として耐震構造、地震動
の影響をできるだけ小さく抑えるようにした免震構造、
および地震による構造物の動きを人為的に制御する制震
構造が研究され実用化されている。
【0003】しかしながら、従来の耐震地震対策は専ら
建築構造物に対する対策が主であり、建物の内部に配置
される各種装置,機具等の物体の耐震支持については、
僅かにタンス等の家具が地震時に倒壊するのを防止する
家具固定保持具の如きものが存在しているだけである。
【0004】本願発明者は、このような従来技術の状況
に鑑み、地震時の水平震動を吸収して、建築物を含む物
体を安定に支持することができる物体の耐震支持装置を
提案した〔特開平10−110889号公報参照〕。
【0005】この提案は、縦断面を示す図7と斜め下か
ら見上げた斜視外観を示す図8のように、1,2,3の
部品から成り立つ。1は仮想のO−O軸を中心とする支
持枠である。本発明装置が物体に取付けられ床に置かれ
るとき、O−O軸は鉛直である。支持対象物体を搭載す
るための搭載部となるa部の形状は自由である。ここで
はO−O軸に垂直なA面を仮定する。この面Aと支持対
象物体との接合には図示していないが溶接,ボルト締等
を用いることができる。支持枠1には、面Aと反対側に
円筒(筒体部)1aがその中心軸とO−O軸が一致する
ように設けられている。B面は筒1aの上端であり、同
面にO−O軸を中心とした半径rB の円形凹部1bがう
がってある。筒1aの下端Cの内面には雌ねじが切って
ある。2は円筒1aの中(筒状収容孔1c)に収容され
ている球体である。球体2の半径をr0 とすると次の関
係がある。
【数1】r0 sin θ<rB <r0 ……(1) (θは円形凹部1bの縁部と球体2の摩擦角) また、球体2は図7に示すように一部が円筒1aの下端
Cから露出している。3は球体2を円筒1a内に閉じ込
める蓋であり、その内径は球体2の直径2r0より小さ
い。円筒1aの中で球体2は自由である。
【0006】提案装置が支持対象物体に取付けられ、床
に置かれた状態では、球体2はQ点で床に接し、支持枠
1とはB面の半径rB の円形凹部1bの縁部分とのみで
接する。一般に床の上に置かれた球体とその上にのった
物体との関係は図9の(イ)と(ロ)の2つがある。
(イ)は既知のベアリング上の物体である。(ロ)は円
筒を介して球にのっている関係である。(ロ)のひとつ
の球についてその動きを説明する。
【0007】物体の重量Wは支持枠1の円筒1aを介し
て、球体2に加わる。また、球体2の表面と円形凹部1
bの縁部の摩擦角θから求められる摩擦円錐の稜線が球
体2の上で鉛直線となるのは図10に見られるようにO
−O軸に対して中心角θだけ傾いた中心軸と球表面との
接点上である。図10において、円筒1aの上端に設け
られた円形凹部1bの半径rB が球体2の頂点であるp
点を離れて中心角θまで
【数2】0<rB ≦r0 sin θ ……(2) の関係が成立する範囲Iでは、円形凹部1bの縁部と球
体2の間には静摩擦力が働く。すなわち円筒1aを介し
て加わる支持対象物体の重量は球体2の上の摩擦円錐の
内で加わり静摩擦力FS を生じる。床が地震によって水
平方向に動くと、球体2は転がろうとするが、円筒1a
の円形凹部1bの縁部と球体2間の円形接線に作用する
静摩擦力がこれに抵抗する。
【0008】しかしながら、円筒1aの円形凹部1bの
半径rB が中心角θをこえて、球体2の半径r0 まで、
【数3】r0 sin θ<rB <r0 ……(3) の関係が成立する範囲IIでは、円形凹部1bの縁部と球
体2との接点では常にすべる状態にある。すなわち円筒
1aを介して加わる支持対象物体の重量は球体2の上の
摩擦円錐の外に加わる力であり、常にすべる状態であ
る。この接点には動摩擦力FK が生じる。床が地震によ
って水平方向に動くと球体2は転がる。円形凹部1bの
縁部との接点では球体2はすべる。すなわち、重量Wの
物体は慣性の法則の通りその場にとどまり、床の変位は
球体2が転がることによって吸収される。
【0009】提案装置では、凹部1bの半径rB は上記
の範囲IIになるように設定されている。この場合に、球
体2と凹部1bの縁部との接触位置は必ずしも同一水平
面上にある必要はなく、支持対象物体を支持枠1の搭載
面上に支持した状態で支持枠1が球体2上で安定した姿
勢をとり得るような位置関係であればよい。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した先に提案
の装置では、実用試験の結果次のような欠点があること
が判明した。 (1)その一つは、支持体1と球体2との材質を鉄鋼と
した場合に、支持体1の上端の載置面に支持対象物が載
置されたときに、その載置面に上方から下方に作用する
荷重Wが大きくなると、球体2の表面が凹部16の縁部
Eと接触する部分に、縁部Eの先端による球体2の表面
への微小な食い込みによる傷とその微小な食い込み状態
での球体2の回転による糸面の磨耗が発生する。球体2
と縁部Eとの鉄鋼材料の焼き入れをすることにより、こ
の欠点による傷と糸面の磨耗との発生は若干は改善され
るが、それでも縁部Eは構造上の弱点である。 (2)この欠点を改良するために、例えば図11に示す
ように、縁部Eaの先端が球体2の表面に広く接触する
ように、帯状の凹球面となるように形成して試験がなさ
れたが、この場合でも、荷重Wが大きくなると、球体2
の表面に帯状の傷が発生した。しかも、この場合には地
震動を与えた場合の最大加速度の応答値に百gal程度
の乱れが生じた。このように、先に提案の装置には、実
用上の弱点があることが判明した。
【0011】本発明の目的は、先に提案の上記の如き実
用上の欠点を除去し、しかも、先に提案の装置が有する
地震動に対する良好な応答特性を維持し得る実用性に適
した物体の地震支持装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による物体の耐震支持装置は、支持対象の物
体を支持するために、該物体を支持する強度を有する材
料よりなる球体と、該球体を保持しかつ前記物体を支持
するために用いられる支持枠とを備え、該支持枠は、前
記物体を搭載する搭載面を一表面側に有し、その搭載面
側とは反対側の他表面側に前記球体を保持するために配
置された筒体部とを備え、該筒体部は、前記球体の中心
を通る断面の外縁円形より僅かに大なる内壁横断形状
と、前記球体の直径より短い深さを有する筒状収容孔と
を備え、該筒状収容孔の下端内壁には、該筒状収容孔内
に前記球体を保持した状態で該球体が前記筒状収容孔か
ら外に脱落しないように脱落防止部が備えられ、前記筒
状収容孔の内壁の上端には、前記搭載面の方向にかつ当
該筒状収容孔の中心軸に向かう方向に伸びる仮想錐体の
斜面に沿う形状を有するように配置された側壁を有する
凹部が形成されて、該凹部の側壁が前記球体の上端部と
の間で動摩擦力を生ずる支持接触をなすように構成され
ている。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明装置は、家具のキャスター
のように、支持対象である物体の底面に3個以上取付け
られ、平らな床面に設置される。すなわち、例えば大型
コンピュータの足として取付けられ、事務所ビルの床に
設置される。また、一般の家屋又は屋外の例えば墓石等
の耐震支持体として使用可能である。本発明装置を取付
けた物体は、地震時に慣性の法則に従い、もとの位置に
とどまり、建物の床の水平の動きを本発明装置が吸収す
る。鉛直方向の力は物体に伝わるが、上下するエレベー
タ内の物体と同じで水平方向には安定に保持される。
【0014】〔実施例〕図1は、本発明の実施例を示す
縦断面であり、物体を支持するために、支持対象物体を
支持する強度を有する材料よりなる球体2と、該球体を
保持しかつ前記物体を支持するために用いられる支持枠
1とを備えている。支持枠1は、前記物体を搭載する搭
載面Aを一表面側に有し、その搭載面側とは反対側の他
表面側に前記球体2を保持するために配置された筒体部
1aとを備えている。その筒体部1aは、球体2の中心
を通る断面の外縁円形より僅かに大なる内壁横断形状
と、その球体2の直径より短い深さを有する筒状収容孔
1cとを備えている。 筒状収容孔1cの下端内壁に
は、この該筒状収容孔内1cに球体2を保持した状態で
球体2が筒状収容孔1cから外に脱落しないように蓋の
如き脱落防止部3が備えられている。本発明装置では、
特に、筒状収容孔1cの内壁の上端Bには、前記搭載面
Aの方向にかつ当該筒状収容孔の中心軸(0−0)に向
かう方向に伸びる仮想錐体4の斜面に沿う形状を有する
ように配置された側壁1dを有する凹部1bが形成され
て、その凹部1bの側壁1dが球体2の上端部との間で
動摩擦力を生ずる支持接触をなすように構成されてい
る。
【0015】すなわち、前記の仮想錐体4が円錐体であ
る場合には、図2(a)に太い実線及び点線で示す円錐
体(4)の斜面4aに沿うように、凹部1bの側壁1d
が配置されるように形成されている。従って、筒体収容
孔1c内を下から見上げた略図である図2(b)に示す
ように、筒体部の上端Bから凹部1bの円形頂上面1e
までの円錐体(4)の斜面4aに相当するように位置す
る凹部1bの側壁1dと球体2の表面とは、図2(b)
に図示のように接触位置Pが球体2の表面で円形を形成
する接触状態となる。このような接触状態の結果とし
て、凹部1bの側壁は1dが球体2の上端部との間で、
前記のような先に提案の装置について図を用いて詳細に
説明したような範囲IIにおいて、動摩擦力を生ずる支持
接触が得られ、地面又は床面の如き支持面の水平移動を
伴う地震動に対して、球体2は静摩擦による抵抗なしに
転がり、その地震動による水平移動を吸収して、支持物
を慣性により静止状態に維持する機能を維持して、良好
な耐震効果を発揮することができる。
【0016】以上は、支持枠1の筒体部1aの形状とし
て円筒を採用した例について説明したが、この筒体部1
aの形状は円筒に限らず、例えば図3(a)(b)
(c)(d)に示すように三角筒,四角筒,六角筒,八
角筒の如き角筒その他、球体2を安定して収容し得る収
容孔1cを有するものであれば任意の形状を用いること
ができる。また、凹部1bの形状についても、例示した
円錐形に限らず図4(a)(b)(c)(d)に示すよ
うに三角錐形,四角錐形,六角錐形,八角錐形等の任意
の形状を採用することができる。また、図5(a)
(b)(c)(d)は、四角筒1aに対してそれぞれ三
角形凹部,四角形凹部,六角形凹部,八角形凹部を組み
合わせたものである。図6(a)は、四角筒体の筒体部
1aに四角錐体状の側壁1dを用いた場合、図6(b)
は六角筒体状の筒体部1aに六角錐体状の側壁1dを用
いた場合であり、前記の接触位置は多角形の辺の数に相
当する数の接触点が図2(b)に示す円形(P)上に配
列されることとなる。
【0017】本発明装置においては、支持枠1及び球体
2と、本発明装置を配置する地面又は床面の如き支持物
に用いる材料により、支持枠1と球体2間の前記接触位
置Pにおける摩擦係数μaと、球体2と支持物間即ち球
体2の最下端と支持物間の摩擦係数μcが異なるので、
これらの材料を適宜に選択することにより、本発明装置
における前記の式(3)に規定される動摩擦力を生ずる
範囲IIの設計値を調整することができる。 また、こ
の場合に、鉄鋼等の磁気材料に磁気を与えるかまたは磁
石を嵌め込む構成を用いて、磁気による吸引力により動
摩擦力を制御することも可能である。
【0018】表1は、支持枠1,球体2および本発明装
置を配置する地面又は床面の如き支持物に用いる材料の
組み合わせ例を示している。
【表1】
【0019】本発明装置の用途に対応して、表1の材料
は適宜に選択することができるが、支持枠1と球体2に
いずれもセラミックを用いた場合が、使用状態で錆等で
表面の状態に変化が生じ難いこと及び任意所望の形に容
易にかつ経済的に製造することが容易であり設計変更も
容易であること、等のため有望な材料の組み合わせであ
ると判断される。
【0020】以上は、主として屋内の床上に、本発明装
置を介してコンピュータの如き支持対象物体を配置した
例について説明したが、本発明装置は屋内に限らず屋外
に配置される建築物等の支持にも適用することが可能で
ある。この場合には、支持対象物体の重量を支持するこ
とが可能なように、本発明装置の寸法を大きくするこ
と、本発明装置の使用数を多くすること、等の対策をと
ればよい。なお、屋外に使用する場合にも、本発明装置
が配置される基礎構造には、地震の水平力によって球体
2が転がる範囲をカバーする広さの平面領域を備える必
要がある。
【0021】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明装置
は極めて簡単な構造を有し、前記の先に提案の装置にお
ける欠点を効果的に解消し、屋内屋外を問わず、地震時
における水平振動を効果的に吸収し、支持対象物体を安
定確実に保持することができる。従って、コンピュータ
等の精密機器,貴重な芸術作品,及び一般住宅,その他
の耐震支持装置としての実用的価値は著しく大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の構造例を示す縦断面図である。
【図2】本発明装置の構造例を説明するための縦断面図
(a)及び筒状収容孔の内部構造を説明するための略図
(b)である。
【図3】本発明に用いる筒体と凹部の変形例を示す筒体
の底面図である。
【図4】本発明に用いる筒体と凹部の変形例を示す筒体
の底面図である。
【図5】本発明に用いる筒体と凹部の変形例を示す筒体
の底面図である。
【図6】本発明装置の変形例における動作形態を説明す
るための内部構造略図である。
【図7】先に提案の装置の構造例を示す縦断面図であ
る。
【図8】先に提案の装置の構造例を示す斜め下からの外
観斜視図である。
【図9】先に提案の装置の動作を説明するための略図で
ある。
【図10】先に提案の装置の動作を説明するための略図
である。
【図11】先に提案の装置の比較例を説明するための略
図である。
【符号の説明】
1 支持枠 1a 円筒(筒体部) 1b 円形凹部(凹部) 1c 筒状収容孔 1d 凹部の側壁 1e 凹部の頂上部 2 球体 3 蓋 4 仮想錐体 4a 仮想錐体の斜面 a 搭載部 A 支持面 B 円筒1aの上端 C 円筒1aの下端 Ea 凹部の縁部 r0 球体2の半径 rB 円形凹部1bの半径 θ 摩擦角 P 接触位置

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持対象の物体を支持するために、 該物体を支持する強度を有する材料よりなる球体と、該
    球体を保持しかつ前記物体を支持するために用いられる
    支持枠とを備え、 該支持枠は、前記物体を搭載する搭載面を一表面側に有
    し、その搭載面側とは反対側の他表面側に前記球体を保
    持するために配置された筒体部とを備え、 該筒体部は、前記球体の中心を通る断面の外縁円形より
    僅かに大なる内壁横断形状と、前記球体の直径より短い
    深さを有する筒状収容孔とを備え、 該筒状収容孔の下端内壁には、該筒状収容孔内に前記球
    体を保持した状態で該球体が前記筒状収容孔から外に脱
    落しないように脱落防止部が備えられ、 前記筒状収容孔の内壁の上端には、該上端から前記搭載
    面の方向にかつ当該筒状収容孔の中心軸に向かう方向に
    伸びる仮想錐体の斜面に沿う形状を有するように配置さ
    れた側壁を有する凹部が形成されて、該凹部の側壁が前
    記球体の上端部との間で動摩擦力を生ずる支持接触をな
    すように構成された物体の耐震支持装置。
  2. 【請求項2】 前記筒体部は、円筒であることを特徴と
    する請求項1に記載の物体の耐震支持装置。
  3. 【請求項3】 前記筒体部は、角筒であることを特徴と
    する請求項1に記載の物体の耐震支持装置。
  4. 【請求項4】 前記凹部の側壁は、円錐体の斜面に沿う
    ように配置されていることを特徴とする請求項1,請求
    項2または請求項3に記載の物体の耐震支持装置。
  5. 【請求項5】 前記凹部の縁は、多角錐体の斜面に沿う
    ように配置されていることを特徴とする請求項1,請求
    項2または請求項3に記載の物体の耐震支持装置。
  6. 【請求項6】 前記球体と前記支持枠は、セラミック材
    料より形成されていることを特徴とする請求項1乃至請
    求項5の何れかに記載の物体の耐震支持装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012092873A (ja) * 2010-10-26 2012-05-17 Ryozo Yoneda 物体の耐震支持装置
US9163681B2 (en) * 2010-06-04 2015-10-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brake device, friction couple for brake device, and brake pad

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