JP2005140283A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水平方向の摩擦抵抗力が殆どなく、大きな鉛直荷重を支持可能で、且つ大きな浮き上がり抵抗力を有する転がり系免震装置を実現する。
【解決手段】 上下３枚の硬質プレート（下側平板、中間平板、上側平板）の間に、直径が等しく平行に並んだ複数本のローラーで構成される転動体を上下２段に、互いに直交する方向に配置し、各段のローラーの側面位置に下側平板と中間平板、中間平板と上側平板に掛かる拘束体を配置し、ローラーの回転方向の水平移動のみを許容し、上下３枚のプレートの離間を拘束する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、大地震時の強い地震動から構造物を保護するために、地盤と構造物の間に設置される免震装置（各種の積層ゴム、すべり系支承、転がり系支承等）や構造物内部の床、展示物や家具・備品等の器物、彫刻物等、構造物以外に適用される免震装置であって、最も低い水平抵抗力を提供できる、転がり系免震装置に関するものである。

免震構造は、大地震時の強い地震動に対して構造物の揺れそのものを低減できるので、建物の構造骨組みの耐震安全性が高まるだけでなく、内部の家具や設備備品など収容物の転倒や落下・衝突の危険性が下がり、建物全体の耐震安全性を飛躍的に高めることができる。

積層ゴムの実用化により現実のものとなった免震構造は、積層ゴムだけでも天然ゴム系積層ゴム、鉛プラグ入り積層ゴム、高減衰積層ゴムなど多様化が進み、近年はさらにすべり系免震装置や転がり系免震装置が開発され、免震構造の適用範囲の拡大や高性能化が進んでいる。

転がり系免震装置は、その水平抵抗力が小さいので、免震構造物の重量を支えながら水平方向の固有周期を長周期化するのに効果的であり、これまでに実用化されている転がり系免震装置としては、図７に示すような比較的大径の鋼球を１個だけ用いる装置（図７（１）：装置Ａと呼ぶ。）、同一直径の複数の球体を使用するもの（図７（２）：装置Ｂと呼ぶ。）、多数の小径鋼球を直線軌道内に内蔵してレール上を走行する直動転がり装置を直角２方向に組み合わせるもの（図７（３）：装置Ｃと呼ぶ。）、車輪型ローラーとレールを組み合わせるもの（図７（４）：装置Ｄと呼ぶ。）などがある。
これまでに提案されている転がり系免震装置には球体やローラーを利用するものを含めて各種の免震装置が知られている（特許文献１〜６参照）。
特開平１０−１６９７１０号 特開平１０−１８４０８５号 特開平１１−１２５３１０号 特開２００１−３４３０４６号 特開２００２−０６１７０４号 特開２００２−０７０９３７号

ところで、上記した従来の転がり系免震装置（装置Ａ〜Ｄ）には次のような解決すべき課題があった。
装置Ａは、元々は床免震装置として開発されたものを住宅等の軽量構造物に応用したもので、支持荷重は１装置当たり数トン以下から高々１０トン程度以下の小重量支持を対象としており、転がり摩擦係数はμ＝0.007 程度とされている。この装置を１基あたり数百トンから千トン以上となる大型構造物に適用することは不可能であり、無理矢理適用するためには、鋼球直径を数十センチから１ｍもの巨大な鋼球が必要となる。これは実際には製造不可能であり、製造コストも当然現実的なものではなくなってしまう。
また、装置Ｄも軽量の展示物等を対象として開発されたもので、装置Ａと同レベルの小荷重用しか実現されていない。

これに対して、装置Ｂでは鋼球の数を増やすこと、装置Ｃでは内蔵の鋼球の径と数を増やしレールを大型化することで大荷重支持に対応することが可能であり、１基あたり１０００トン以上の大荷重を支持できる装置も実現されている。

しかし、装置Ｂでは多数の球体を使用する必要があるため非常に大きな平面寸法の装置となり、また装置Ｃでは荷重受け部を大型化する必要が生じると同時にレール自体も大きく長くなり且つレールを複数本使用する必要が生じるなど、非常に大型の装置となり、その結果大変高価な装置となっているのが実状である。

即ち、本発明で解決すべき第一の課題は、大荷重を効率的に支持でき、コンパクトで経済的な転がり系免震装置を実現することである。

本発明の第二の課題は、浮き上がりに抵抗できること、即ち上方への引張力に対する抵抗力を有する装置とすることである。転がり系免震装置では球体あるいはローラーの転がりを基本原理としているため、上方への引張り力に対しては抵抗力がなく浮き上がりが発生するのが一般的で、すべり系支承も同様である。

転がり系免震装置の中で、装置Ｃだけは引張り抵抗力を有しているが、その引張り抵抗力は圧縮側支持荷重の１／４〜１／３程度までというのが実状であり、構造物の設計で大地震時に必要となる長期支持荷重と同レベル乃至少なくともその１／２以上という大きな引張り抵抗力を有する装置はこれまで実用化されていない。

本発明は、上述のとおり、構造物の大荷重を効率的に支持でき、且つ上方への大きな引張り抵抗力（＝浮き上がり抵抗力）を有するコンパクトで経済的な転がり系（＝水平抵抗力が極めて小さい）免震装置を実現することを目的としている。

本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
構造物の重量を支持し、水平２方向に移動可能な免震装置であり、上記構造物直下の地盤もしくは基礎あるいは免震層より下側の下部構造体に配設された下側平板と、上記下側平板の上に、直径が等しく且つ直径以上の長さを有し、若干の間隙を確保して並列に配設された、２以上のローラーからなる下側転動体と、上記下側転動体の上に配設された中間平板と、上記中間平板の上に、直径が等しく且つ直径以上の長さを有し、若干の間隙を確保して平行に且つ上記下側転動体のローラーと直交する方向に配設された、２以上のローラーからなる上側転動体と、上記上側転動体の上に配設された上側平板と、上記下側転動体の側面側において上記下側平板に固定されて配設され、上記中間平板の、上記下側転動体の回転移動方向への水平移動のみを許容し、その直交方向への水平移動と上方への浮き上がりを阻止する下側拘束体と、上記上側転動体の側面側において上側平板に固定されて配設され、上記中間平板の、上側転動体の回転移動方向への水平移動のみを許容し、その直交方向への水平移動と中間平板と上部構造物間の浮き上がりを阻止する上側拘束体とを備えたことを特徴とする免震装置。

大荷重を効率的に支持するためには、転動体の接触条件を点接触よりも線接触、線接触よりも面接触へと緩和すると有利であるが、面接触とするとすべり支承となってすべり摩擦が発生するため、本発明では、転がり機構で最も荷重支持効率が高い線接触機構、即ち円柱状転動体＝ローラーと平板の組み合わせを採用する。

ローラーでは回転移動できる方向が一方向に限定されるため、免震装置として水平２方向の自由な移動を可能にするため、これまでの提案では装置Ｄのように車輪型転動体をレールで受け、そのレールを２段に直交させて２方向の移動を確保している例が多い。
しかし、ローラーをレールで受けると、ローラーが荷重伝達できる範囲がレール幅に限定され、ローラーは有効幅の狭い車輪状の転動体となり、大荷重支持という観点では新たな制約条件を導入することになる。

そこで本発明は、ローラーの線接触条件を最大限に活かすために、ローラー転動体の全長が荷重支持に有効となるように転動体の上下に平板を配置する。そして、水平２方向への移動を可能とするために、転動体をローラーの直交する方向に２段重ねとする。
即ち、互いに直交する２段の転動体間に中間平板を配置し、上下の両転動体に共に線接触条件を確保して最も効率的に鉛直荷重を支持させる。そして中間平板を水平に安定支持するために、下側転動体、上側転動体共に、直径の等しいローラーを２本以上平行に配置する。（下側・上側転動体の直径が共に等しい場合と下側・上側それぞれで直径が等しい場合の両方がある。）

以上の構成により、ローラーの線接触条件により鉛直荷重を支持し、且つ水平２方向に回転移動できる転がり支承となったが、この状態では上方への引張力に対する抵抗、即ち浮き上がり抵抗力がない。
またこの状態では、ローラーはどこまでも回転移動できるため、変形（構造物と基礎との相対変位）が大きくなるとローラーが中間平板もしくは上下の平板から外れ、装置自体がバラバラに分離・分解する恐れがある。

複数本のローラーが２段に直交配置された本装置は、構造物と地盤（下部構造側）との間では水平２方向に相対移動するが、本発明では上下２段のローラーの間に中間平板を配置することにより、下部構造側の下側平板と中間平板の間、中間平板と上部構造体側の上側平板との間では、それぞれ１方向の相対移動しか生じない構成としている。

そこで、下側転動体の側面（妻面）の位置に、下側平板に固定され、僅かの隙間をもって中間平板の端部上面に掛かる鈎状の「下側拘束体」（浮き上がり防止フック）を設けることにより、中間平板の地盤（下部構造側）からの浮き上がりを防止することができる。 同様に、上側転動体の側面（妻面）の位置に、上側平板に固定され、僅かの隙間をもって中間平板の端部下面に掛かる鈎状の「上側拘束体」（浮き上がり防止フック）を設けることにより、上部構造体の中間平板からの浮き上がりを防止することができる。
即ち、下側拘束体と中間平板、中間平板と上側拘束体との間を２段階に拘束し一体化することにより、装置全体として上部構造物の基礎からの浮き上がりを拘束することが可能となっている。

以上が本発明の基本概念・基本構成である構成１を示したものであり、本構成により、荷重支持効率の最も高い線接触条件を有し、２方向に自由に移動可能で、且つ浮き上がり抵抗力を有する転がり免震装置が実現できることになった。
この状態で本装置に上向き引張力が作用すると、中間平板の４側面に配置された上側拘束体および下側拘束体が中間平板を逆方向に拘束するため、本装置は上下に分離することができず、引張り（浮き上がり）抵抗力を発揮することになる。

この浮き上がり抵抗力は、上側・下側の両拘束体および中間平板の強度を高めることにより、容易に高めることが可能である。特に本装置では、中間平板の上下に転動体が存在し、引張り力によって発生する中間平板の面外曲げ変形を両転動体が拘束するので、曲げ応力は殆ど問題にならず、拘束体との接触部におけるせん断耐力により浮き上がり抵抗力が支配される。従って、本発明では、鉛直支持荷重と同等レベルの浮き上がり抵抗力を確保することが容易に実現できる。

〈構成２〉
構成１に記載の免震装置において、上記下側転動体および上記上側転動体の両側面に、それぞれのローラー相互の位置を一定間隔に保持するためのスペーサーを設け、上記スペーサーの端部に、それぞれのローラーの位置を装置中心に保持するための位置調整ボルトを連結できるねじ受け部等の連結部を設けたことを特徴とする免震装置。

構成２は、本免震装置の作動を安定に保持するための補助的仕組みである。上下２段に配置されるそれぞれ２本以上のローラーが、鉛直地震動の作用などによってその相対的位置関係が変化しないように常に一定間隔で且つ平行に回転移動するための相対的位置保持装置としてのスペーサーを配置したものである。

また現場における装置設置工事では、上側転動体・下側転動体共に転動範囲に対してその中央に位置し、転動体の前方・後方への可動距離が等しい状態で据え付けることが重要である。そのためには、工場における装置組立時に転動体を装置中心にセットすることは当然であるが、工場から工事現場への輸送中や現場での工事中にその位置がずれることを避け、また工事完了後に正常な位置にあることが確認できる必要がある。そのために、このスペーサー端部には雌側ネジが取り付けてあり、そこに長ボルトをねじ込み、その端部を浮き上がり防止用の拘束体の端部に固定することでこの目的を達することができる。

工事完成後は、この位置調整ボルトは取り外すが、浮き上がり拘束体の端部からスペーサー端部のネジ固定部までの距離を測定することにより、転動体位置が装置中心にあるかどうかを容易に確認・検査することができる。尚、スペーサー端部のネジ方式は転動体位置固定用の長ボルト等を連結・固定する一方法であり、長ボルト等が着脱容易な方法なら他の方法でもよい。

〈構成３〉
構成１又は構成２に記載の免震装置において、上記中間平板の、上記下側拘束体に対面する２辺の上面にＬ型切り込みを設け、その切り込み部に掛かる上記下側拘束体の上面を上記中間平板の上面と同一高さとし、上記中間平板の、上記上側拘束体に対面する２辺の下面にＬ型切り込みを設け、その切り込み部に掛かる上記上側拘束体の下面を上記中間平板の下面と同一高さとして、上記下側拘束体および上記上側拘束体が上記下側転動体および上記上側転動体の各ローラーの回転移動を妨げないようにしたことを特徴とする免震装置。

構成３は、浮き上がり防止機構（＝拘束体）の形状・構成方法を示したものであり、装置全体の寸法をできるだけコンパクトに小型化するために、浮き上がり防止用拘束体の上面・下面レベルを中間平板の上面あるいは下面と同一レベルとして、転動体が中間平板を越えて浮き上がり防止用の拘束体位置まで移動可能としたものである。

〈構成４〉
構成１又は構成２に記載の免震装置において、上記中間平板の端部上面に掛かる上記下側拘束体の上面を、上記中間平板の上面よりも高く、且つ上記上側平板の下面よりも低い高さとし、上記中間平板の端部下面に掛かる上記上側拘束体の下面を、上記中間平板の下面よりも低く、且つ上記下側平板の上面よりも高くして、上記下側拘束体および上記上側拘束体を、浮き上がり防止機能に加えて、上記下側転動体および上記上側転動体の許容範囲以上の回転移動を阻止するストッパーとして兼用していることを特徴とする免震装置。

構成４は、構成３とは逆の考えで、浮き上がり防止用の拘束体を中間平板の上面および下面レベルよりも意図的に突出させることにより、転動体の過度の移動を阻止するストッパー機能を付与したものである。

構成３および構成４の浮き上がり防止用拘束体は、もう一つの重要な機能を有している。それは、転動体のローラーの軸方向のすべり移動を拘束していることである。即ち、拘束体は転動体の両側面に配置されており、ローラーの妻面を塞いでいるため、地震時に上下動の同時作用などで本免震装置に不測の力が作用し、転動体のローラーが回転方向と異なる軸方向にすべり移動することを防止している。特に、構成４では、転動体の４方向が拘束体により囲われているため、転動体が本装置からはみ出して分離・分解する恐れがなく、不慮の事態に対する安定性・安全性が確保されている。
また、この転動体の軸方向移動を拘束し、転動体を正規の回転運動のみに限定することにより、上部構造物のねじれ変形を防止するという重要な効果と機能を担っている。

本装置では、浮き上がり発生時に浮き上がり拘束体が中間平板と接触するため、接触面に摩擦力が発生し、この摩擦力が大き過ぎると本装置の水平移動を妨げることになる。構成５および構成６はその対策を示したもので、浮き上がりの引張力作用時においてもスムーズな水平移動ができる装置としたものである。

〈構成５〉
構成１乃至構成４のいずれかに記載の免震装置において、上記上側拘束体と上記中間平板、上記下側拘束体と上記中間平板がそれぞれ対面し、浮き上り力作用時に接触する表面に、すべり摩擦係数を低減させる摩擦面処理を施したことを特徴とする免震装置。

構成５は拘束体と中間平板の接触面に摩擦係数を下げる摩擦面処理を行うもので、その方法としては、潤滑剤の塗布や吹き付け、潤滑材料の焼き付け、固体潤滑材や潤滑樹脂板の貼り付けなどこれまでに実用化されている摩擦面処理方法を採用することができる。
接触面における過度の摩擦は、中間平板の水平移動を拘束し、転がり免震装置の機能を阻害することになるが、適度の摩擦力の発生は、免震装置に減衰性能（エネルギー吸収効果）を付与することになり、また一般的には浮き上がりによって発生する他の免震装置（積層ゴムなど）の剛性低下を補うことになり、好ましい効果が得られる。

〈構成６〉
構成１乃至構成４のいずれかに記載の免震装置において、上記中間平板の下側と上記上側拘束体の間、もしくは上記中間平板の下側と上記下側平板の間に、上記上側転動体のローラーと同方向に回転する短いローラーを配設し、上記中間平板の上側と上記下側拘束体の間、もしくは上記中間平板の上側と上記上側平板の間に、上記下側転動体と同方向に回転する短いローラーを配設したことを特徴とする免震装置。

構成６は、構成５と同じく浮き上がりに伴う拘束体の接触により中間平板の移動を妨げないようにする方法で、拘束体と中間平板の間に転動体のローラーを挟む方法である。その方法には、１）主転動体のローラーよりも直径の小さなローラーを拘束体と中間平板間に挟む方法、２）主転動体のローラーと同じ直径で内部に回転軸を有するローラーを使用し、その内部の回転軸を拘束体に固定する方法の２方法がある。

〈構成７〉
構成１乃至構成６のいずれかに記載の免震装置において、上記上側転動体、上記下側転動体、上記上側平板、上記中間平板および上記下側平板に、ブリネル硬度でＨＢ３００以上、ロックウェル硬度でＨＲＣ３１以上の高硬度鋼材を使用していることを特徴とする免震装置。

構成７は、本発明に使用する材料を示したものである。転動体および上側・中間・下側平板（この３平板をまとめて「上下平板」と呼ぶ。）に適した材料は鋼材であるが、支持荷重が大きくなると一般的な軟鋼では転動体および上下平板の強度が不足する。強度不足の材料では、転動体が変形し円形断面が崩れて円滑な回転運動に支障が発生する。また、上下平板の強度が不足すると、転動体の移動に伴い、平板表面が押しつぶされ、平板が変形すると共に、転がり摩擦係数が大きな値となり、転がり支承としての性能が低下する。

これまでの実装置による実験により、上記問題を発生させないためには、転動体、上下平板ともに高強度・高硬度の材料を使用する必要があり、その仕様としてはブリネル硬度でＨＢ≧３００、ロックウェル硬度でＨＲＣ≧３１という条件が必要で、理想的にはＨＢ≧４００もしくはＨＲＣ≧４３を満足することが望ましいことが判明した。

〈構成８〉
構成１乃至構成７のいずれかに記載の免震装置において、上記上側平板と上記下側平板を共に２重板として、上記上側転動体および上記下側転動体と接触する内側の板のみを、ブリネル硬度でＨＢ３００以上、ロックウェル硬度でＨＲＣ３１以上の高硬度鋼材としていることを特徴とする免震装置。

高強度・高硬度材料は、一般的な鋼材よりも遙かに高価な材料であるため、構成８は、より経済的に本装置を製作する方法を示したものである。即ち、下側平板および上側平板全てに高価な材料を使用するのではなく、厚さ方向に２枚に分離し、転動体と接触する面にのみ高強度・高硬度の材料を使用する方法である。この方法により、高価な材料の使用重量を半分以下に減らすことが可能となり、材料費を大きく削減することができる。尚、転動体からの接触応力度は接触面から離れるに伴い急激に低下するので、裏材には一般的な軟鋼を使用することができる。

本発明は、元々は構造物の大荷重支持を主目的に開発されたものであるが、構造物各階の床免震、展示物や家具・備品等の器物・彫刻物等の免震など、構造物以外の比較的軽量の物品にも効果的な免震装置として使用できる。これらの支持荷重が小さい場合には、直径の小さなローラーを使用でき、また上下平板も薄く、且つ平面寸法も小さくできるので、より経済的な装置となる。

本発明の免震装置は、コンパクトな装置で大きな鉛直荷重を支持させることができ、且つ線接触によりヘルツの接触条件が緩和されているため、直径の小さな球体を用いる従来の直動転がり支承よりもさらに摩擦係数が小さくなり、殆ど水平抵抗力のない理想的な転がり支承となっている。

本発明の効果と特長を整理すると、以下のとおりである。
ａ）極めて高性能（＝摩擦係数がゼロに近い）の転がり免震装置である。
ｂ）コンパクトな装置で大荷重を支えることができる。
ｃ）大きな浮き上がり抵抗力を備えている。
ｄ）転動体のローラーを装置中央にセットでき、運搬や工事中に移動しない。
現場据付後、その位置を容易に確認できる。
ｅ）転動体の過大な移動を防止するストッパー機能を備えている。
ｆ）転動体周囲が頑丈な拘束体で囲われており、装置が分離・分解する恐れがない。
ｇ）Ｘ・Ｙ水平２方向に自由に移動できるが、回転運動はしないため、ねじれ防止機能を有している。
ｈ）低コストで製造でき、支持荷重あたりの装置単価（＝装置費／支持荷重）が安く、経済性に優れている。
ｉ）小規模で軽量の建物や床免震、機器や展示物等の免震装置としても有効である。

以上のとおり、本発明は、大きな荷重を水平抵抗力なしで支持することができる高性能の免震装置であり、しかも大きな浮き上がり抵抗力を備えている。本装置を免震構造物に混合使用することにより、免震構造物をこれまで以上に長周期化することが可能であり、高性能化を図ることができる。大きな浮き上がり抵抗力を備えているため、高層建物やペンシルビルなどの塔状構造物をも免震構造とすることが可能で、また軽量の小規模建物の免震装置としても適している。

以下、本発明を、実施例を示す図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の基本構成を示したもので、図１（１）が上側転動体のレベルから見下ろした平面図、図１（２）はＡ−Ａ断面図、図１（３）はＢ−Ｂ断面図である。
下側平板１の上に、複数本の下側転動体４が平行に配置され、その上に中間平板３があり、その上にまた複数本の上側転動体５が下側転動体４と直交方向に配置され、その上に上側平板２が置かれている。下側転動体４は、下側平板１の上に、直径が等しく且つ直径以上の長さを有し、若干の間隙を確保して並列に配設された、２本以上のローラーから構成されている。上側転動体５は、中間平板３の上に、直径が等しく且つ直径以上の長さを有し、若干の間隙を確保して平行に且つ下側転動体４と直交する方向に配設された、２本以上のローラーから構成されている。

下側平板１は、その下の基礎構造体１０に、上側平板２はその上の上部構造体２０にそれぞれ固定されている。中間平板３の端部を下側拘束体１１および上側拘束体２１がそれぞれ僅かの隙間をもってＬ型に覆っており、浮き上がりを拘束している。すなわち、下側拘束体１１は、下側転動体の側面側において下側平板１に固定され、中間平板３の、下側転動体４の回転移動方向への水平移動のみを許容し、その直交方向への水平移動と上方への浮き上がりを阻止する。上側拘束体２１は、上側転動体５の側面側において上側平板２に固定され、中間平板３の、上側転動体５の回転移動方向への水平移動のみを許容し、その直交方向への水平移動と中間平板３と上部構造物間の浮き上がりを阻止する。

中間平板３の、下側拘束体１１に対面する２辺の上面にＬ型切り込みを設け、その切り込み部に掛かる下側拘束体１１の上面を中間平板３の上面と同一高さとしている。中間平板３の、上側拘束体５に対面する２辺の下面にＬ型切り込みを設け、その切り込み部に掛かる上側拘束体２１の下面を、中間平板３の下面と同一高さとしている。このようにして、下側拘束体１１および上側拘束体２１が下側転動体４および上側転動体５の各ローラーの回転移動を妨げないようにしている。
下側転動体４はＸ方向にのみ、上側転動体５はＹ方向にのみ転動可能である。上側転動体の側面は上側拘束体が、下側転動体の側面は下側拘束体がそれぞれ塞いでいるので、転動体の軸方向移動は不可能である。

図２（１）は転動体端部のスペーサー付近の拡大平面図である。上側転動体５の各ローラーの側面にはボルト６１がねじ込まれており、各ローラーのボルトを帯状スペーサー６が連結している。スペーサー６は、上側転動体５の各ローラーの相互の位置を一定間隔に保持するためのものである。スペーサー６にはボルト径よりも若干大きな穴があいており、転動体の回転に支障がないようになっている。このスペーサーにより、各転動体は常に平行且つ等間隔に保持されることになる。

また図２（１）および図２（２）は、構成２を示すスペーサ−端部も示している。スペーサー端部には、それぞれのローラーの位置を装置中心に保持するための位置調整ボルトを連結できるねじ受け部等の連結部が設けられている。すなわち、工場から工事現場への本装置輸送中に転動体位置がずれることを防ぐために、スペーサー６の端部に雌ねじ６２が一体化されており、これに長ボルト６３がねじ込まれている。この長ボルト６３は、浮き上がり拘束体の端部に繋ぎ板６５を介してボルト６６で固定される。これにより、輸送中および工事中にも転動体位置がずれることを防止できるが、工事終了時までに長ボルト６３、繋ぎ板６５、ボルト６６の補助部材を撤去し、上側転動体５の回転移動を自由にするものとする。
以上の上側転動体の固定と補助部材の撤去は、下側転動体に関しても同様である。

浮き上がり拘束体の形状には２種類あり、図１は拘束体の上面と中間平板を同一レベルとする構成３を示している。
図３は、構成４の浮き上がり拘束体の断面形状を示したもので、図３（１）は上側拘束体２１を、図３（２）は下側拘束体１１を示している。
図３（１）に示すように、中間平板３の端部下面に掛かる上側拘束体２１の下面を、中間平板３の下面よりも低くし、図３（２）に示すように、中間平板３の端部上面に掛かる下側拘束体１１の上面を、中間平板３の上面よりも高く、且つ上側平板１の下面よりも低い高さとし、且つ下側平板１の上面よりも高くして、下側拘束体１１および上側拘束体２１を、浮き上がり防止機能に加えて、下側転動体４および上側転動体５の許容範囲以上の回転移動を阻止するストッパーとして兼用している。

拘束体のＬ型フックを中間平板を削らずに転動体直径に近い厚みとすることにより、浮き上がり抵抗力を高めることができる。またこの部分が転動体の過大な移動を阻止するストッパーとして機能するので、転動体は両側面と前面・後面の４周を拘束体に囲われることになり、装置全体が分離・分解することなく、且つフェールセーフ機構を備えた装置となっている。

図４は、上側あるいは下側の拘束体と中間平板３の浮き上がり接触時の摩擦力低減方法を示したもので、両者の対面する位置に構成５の摩擦面処理を行う。即ち、上側拘束体２１と中間平板３、下側拘束体１１と中間平板３がそれぞれ対面し、浮き上り力作用時に接触する表面に、すべり摩擦係数を低減させる摩擦面処理が施されている。摩擦面処理方法は、段落３２に示している。

図５は、上側あるいは下側の拘束体と中間平板３の浮き上がり接触時の摩擦力を更に低減できる構成６の方法を示している。図５（１）、図５（２）は、主転動体のローラーよりも直径の小さなローラーを拘束体と中間平板の間に挟む方法である。図５（３）、図５（４）は、主転動体のローラーと直径がほぼ等しく、内部に回転軸を有するローラーを用いるもので、その回転軸を拘束体に固定する。

すなわち、中間平板３の下側と上側拘束体２１との間、もしくは中間平板３の下側と下側平板１との間に、上側転動体５のローラーと同方向に回転する短いローラーを配設し、中間平板３の上側と下側拘束体１１との間、もしくは中間平板３の上側と上側平板２との間に、上記下側転動体のローラーと同方向に回転する短いローラーを配設している。この方法は、拘束体と中間平板間に鉛直方向のガタ（隙間）をとる必要がないため、隙間によるガタツキや衝撃が発生せず、浮き上がり変形を極めて小さく且つスム−ズに抑制することができる。

図６は、構成８を例示したものである。即ち、本装置の製造コストを抑えるために、下側平板１および上側平板２を厚さ方向に２分割し、転動体と接触するプレートのみに高強度・高硬度の材料を使用する。この方法により、高価な材料の使用重量を半分以下に減らすことが可能となり、材料費を大きく削減することができる。尚、高強度・高硬度材料の板厚は、転動体の直径と作用荷重より適切な厚さを設定する。

例えば、上側転動体５、下側転動体４、上側平板２、中間平板３および下側平板１に、ブリネル硬度でＨＢ３００以上、ロックウェル硬度でＨＲＣ３１以上の高硬度鋼材を使用する。また、上側平板２と下側平板１を共に２重板として、下側転動体４および上側転動体５と接触する内側の板のみを、ブリネル硬度でＨＢ３００以上、ロックウェル硬度でＨＲＣ３１以上の高硬度鋼材とする。

本発明の免震装置は、構造物重量の主要な部分を本装置で支持し、これに積層ゴムなどの復元力を担う装置を組み合わせて使用するものである。本発明の装置を使用することにより、免震構造物はこれまで以上に長周期化が可能となり、また高層建物などで問題となる浮き上がり問題を解決できるので、これまで以上に免震構造物の適用範囲の拡大と高性能化が可能で、且つ浮き上がりに抵抗できる従来装置に対して、格段に低コストで免震構造物を実現できる。従って、これまで主としてコストが高くつくという理由で普及があまり進んでいない免震構造物の普及が促進されるものと期待される。

本発明のローラー式免震装置の基本構成を示す図（実施例１）で、 （１）上側転動体から見下ろした平面図、 （２）Ａ−Ａ断面図、 （３）Ｂ−Ｂ断面図である。 本発明の転動体端部の連結スペーサーおよびその端部の転動体位置固定補助具の構成を示す図（実施例２）で、 （１）転動体端部および連結スペーサー端部周囲の平面図、 （２）スペーサー固定補助具の端部固定部の立面図である。 本発明装置の浮き上がり拘束体の断面形状の例を示す図（実施例３）で、 （１）上側拘束体を示す断面図、 （２）下側拘束体を示す断面図である。 浮き上がり拘束体と中間平板の接触面の摩擦面処理位置を示す（実施例４）で、 （１）拘束体上面が中間平板と同一レベルの場合の上側拘束体断面と摩擦面処理位置を示す断面図、 （２）拘束体上面が中間平板と同一レベルの場合の下側拘束体断面と摩擦面処理位置を示す断面図、 （３）拘束体上面が中間平板を超える場合の上側拘束体断面と摩擦面処理位置を示す断面図、 （４）拘束体上面が中間平板を超える場合の下側拘束体断面と摩擦面処理位置を示す断面図である。 補助ローラーにより中間平板を拘束する場合を示す図（実施例５）で、 （１）主転動体よりも直径の小さな補助ローラーを挟む場合の上側拘束体の断面形状を示す断面図、 （２）主転動体よりも直径の小さな補助ローラーを挟む場合の下側拘束体の断面形状を示す断面図、 （３）主転動体と直径の等しい補助ローラーを用いる場合の上側拘束体の断面形状を示す断面図、 （４）主転動体と直径の等しい補助ローラーを用いる場合の下側拘束体の断面形状を示す断面図である。 下側平板および上側平板を２枚板に分割し、転動体と接触する内側の平板のみに高強度・高硬度の特殊鋼材を使用する場合の断面図（実施例６）である。 従来の代表的な転がり系免震装置の例を示す図で、 （１）大きな主球体と多数の補助球体より構成される転がり支承（装置Ａ）を示す断面図、 （２）直径の等しい多数の球体を用いる転がり支承（装置Ｂ）を示す平面図および断面図、 （３）多数の小球体を内蔵し、レール上を移動する直動転がり支承（装置Ｃ）を示す説明図、 （４）車輪型転動体とレールの組み合わせによる転がり支承（装置Ｄ）を示す平面図である。

符号の説明

１ ：下側平板
１０：地盤側基礎躯体
１１：下側拘束体
１２：下側拘束体と下側平板の固定ボルト
１３：下側平板を２分割した場合の外側ベースプレート（普通鋼材）
１４：下側平板を２分割した場合の内側プレート（高強度・高硬度鋼材）
２ ：上側平板
２０：上部構造物側躯体
２１：上側拘束体
２２：上側拘束体と上側平板の固定ボルト
２３：上側平板を２分割した場合の外側ベースプレート（普通鋼材）
２５：上側平板を２分割した場合の内側プレート（高強度・高硬度鋼材）
３ ：中間平板
４ ：下側転動体
５ ：上側転動体
６ ：スペーサー（連結プレート）
６１：スペーサー用転動体端部ボルト
６２：スペーサー端部ネジ受けボルト
６３：転動体位置調整用長ボルト
６５：スペーサー位置固定プレート
６６：固定ボルト
７ ：拘束体と中間平板の摩擦面処理位置
８ ：浮き上がり防止用補助ローラー（主転動体直径よりも小さい直径の場合）
９ ：浮き上がり防止用補助ローラー（主転動体と同じ直径の場合）

Claims (8)

1. 構造物の重量を支持し、水平２方向に移動可能な免震装置であり、
   前記構造物直下の地盤もしくは基礎あるいは免震層より下側の下部構造体に配設された下側平板と、
   前記下側平板の上に、直径が等しく且つ直径以上の長さを有し、若干の間隙を確保して並列に配設された、２以上のローラーからなる下側転動体と、
   前記下側転動体の上に配設された中間平板と、
   前記中間平板の上に、直径が等しく且つ直径以上の長さを有し、若干の間隙を確保して平行に且つ前記下側転動体のローラーと直交する方向に配設された、２以上のローラーからなる上側転動体と、
   前記上側転動体の上に配設された上側平板と、
   前記下側転動体の側面側において前記下側平板に固定されて配設され、前記中間平板の、前記下側転動体の回転移動方向への水平移動のみを許容し、その直交方向への水平移動と上方への浮き上がりを阻止する下側拘束体と、
   前記上側転動体の側面側において上側平板に固定されて配設され、前記中間平板の、上側転動体の回転移動方向への水平移動のみを許容し、その直交方向への水平移動と中間平板と上部構造物間の浮き上がりを阻止する上側拘束体とを備えたことを特徴とする免震装置。
2. 請求項１に記載の免震装置において、
   前記下側転動体および前記上側転動体の両側面に、それぞれのローラー相互の位置を一定間隔に保持するためのスペーサーを設け、
   前記スペーサーの端部に、それぞれのローラーの位置を装置中心に保持するための位置調整ボルトを連結できるねじ受け部等の連結部を設けたことを特徴とする免震装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の免震装置において、
   前記中間平板の、前記下側拘束体に対面する２辺の上面にＬ型切り込みを設け、その切り込み部に掛かる前記下側拘束体の上面を前記中間平板の上面と同一高さとし、
   前記中間平板の、前記上側拘束体に対面する２辺の下面にＬ型切り込みを設け、その切り込み部に掛かる前記上側拘束体の下面を前記中間平板の下面と同一高さとしたことを特徴とする免震装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の免震装置において、
   前記中間平板の端部上面に掛かる前記下側拘束体の上面を、前記中間平板の上面よりも高く、且つ前記上側平板の下面よりも低い高さとし、
   前記中間平板の端部下面に掛かる前記上側拘束体の下面を、前記中間平板の下面よりも低く、且つ前記下側平板の上面よりも高くしたことを特徴とする免震装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の免震装置において、
   前記上側拘束体と前記中間平板、前記下側拘束体と前記中間平板がそれぞれ対面し、浮き上り力作用時に接触する表面に、すべり摩擦係数を低減させる摩擦面処理を施したことを特徴とする免震装置。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の免震装置において、
   前記中間平板の下側と前記上側拘束体の間、もしくは前記中間平板の下側と前記下側平板の間に、前記上側転動体のローラーと同方向に回転する短いローラーを配設し、
   前記中間平板の上側と前記下側拘束体の間、もしくは前記中間平板の上側と前記上側平板の間に、前記下側転動体のローラーと同方向に回転する短いローラーを配設したことを特徴とする免震装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の免震装置において、
   前記上側転動体、前記下側転動体、前記上側平板、前記中間平板および前記下側平板に、
   ブリネル硬度でＨＢ３００以上、ロックウェル硬度でＨＲＣ３１以上の高硬度鋼材を使用していることを特徴とする免震装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の免震装置において、
   前記上側平板と前記下側平板を共に２重板として、前記上側転動体および前記下側転動体と接触する内側の板のみを、
   ブリネル硬度でＨＢ３００以上、ロックウェル硬度でＨＲＣ３１以上の高硬度鋼材としていることを特徴とする免震装置。

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