JP2005207056A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、免震装置の製造コストの低減を実現し、免震装置の普及の促進を図ることを課題とする。
【解決手段】 建物と建物の基礎との間に配設され、球１と球１を上下から挟持する一対の円錐状凹部２，３を備え、上記一対の円錐状凹部２，３の各々が、建物の下面Ａ側に位置する上基板４と建物の基礎の上面Ｂ側に位置する下基板５に形成されて成る水平方向免震手段Ｈを有する免震装置において、上記上基板４及び下基板５に形成された一対の円錐状凹部２，３の各々と球１との間に、表面７が平滑で且つ弾復元性を有する球転動板６を配設したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、免震装置に係り、さらに詳しくは、製造コストの低減を実現できる免震装置に関する。

周知の通り、従来から免震装置として様々な形状・形態のものが提案されており、例えば、球と球を上下から挟持する一対の円錐状凹部を備えた免震装置（特許文献１，特許文献２参照）や、建物の下面に設けられる球と建物の基礎側に設けられる円錐状凹部より成る免震装置（特許文献３，特許文献４参照）が提案されている。

そして、これらの免震装置は、建物と建物の基礎との間に配設され、いずれの場合も球を円錐状凹部に対して転動させることによって地震による水平方向の揺れを吸収し減衰させるものである。

さらに、上記円錐状凹部として様々な断面形状のものが提案されており、例えば、強風による揺動を防止するために、円錐状凹部における中心付近の傾斜角をその外側に位置する外周部分の傾斜角よりも大きくし、予め設定された震度以上の揺れで免震装置が作動するように構成された円錐状凹部（特許文献３，特許文献４参照）が提案されている。

また、円錐状凹部における錆の発生及び摩耗を防止するために、円錐状凹部の表面を耐摩耗性樹脂層で被覆した免震装置（特許文献５参照）も提案されている。
特開２０００−３２０１８２ 特開２００２−１２９７７２ 特開２０００−２８２７０６（図１，図２） 特開２００１−７４０９３（図１） 実登３０４７３８９

上記従来の免震装置によると、地震による揺れを吸収し減衰させることができ、建物を地震の被害から守ることができるものの、免震装置を構成する円錐状凹部には、建物の荷重を支えるための強度（耐荷重性）や靭性が必要とされると共に、球の転動を円滑とするためにその表面が平滑（低摩擦係数）であることが必要とされ、これらの条件を満たすため、円錐状凹部の形成は、強度が高く靭性に富むＳＳ材やＳＣ材等の厚板に削出加工を施すことによって行われているが、その製造コストは高く、免震装置の普及の妨げになっている。

さらに、免震装置は、長期に渡って使用されるものであり、ＳＳ材やＳＣ材等を利用した場合には、錆による作動不良の発生が懸念されるため、ステンレス材の使用あるいは円錐状凹部の表面を耐摩耗性樹脂層で被覆すること等が考慮されるが、これらの場合、メンテナンスが容易となるものの、製造コストがより高くなってしまうものであった。

よって、本発明は、上記課題を解決するものであって、免震装置の製造コストの低減を実現でき、免震装置の普及の促進を図ることができる免震装置の提供を目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、次の技術的手段を有する。
即ち、建物と建物の基礎との間に配設され、球１と球１を上下から挟持する一対の円錐状凹部２，３を備え、上記一対の円錐状凹部２，３の各々が、建物の下面Ａ側に位置する上基板４と建物の基礎の上面Ｂ側に位置する下基板５に形成されて成る水平方向免震手段Ｈを有する免震装置において、上記上基板４及び下基板５に形成された一対の円錐状凹部２，３の各々と球１との間に、表面７が平滑で且つ弾復元性を有する球転動板６を配設したことを特徴とする免震装置である。

さらに、上記一対の円錐状凹部２，３の各々は、中心付近８の傾斜角ａが外周部分９の傾斜角ｂに比して大きいことを特徴としている。

加えて、上記免震装置は、上記水平方向免震手段Ｈに対して積層される垂直方向免震手段Ｖを有して成り、上記垂直方向免震手段Ｖは、建物の下面Ａ側に位置する上板１６と建物の基礎の上面Ｂ側に位置する下板１７の間に配設される垂直方向に伸縮可能であり且つ弾発的に嵌め合わされる外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２及び建物の荷重Ｆを支える弾性部材２０を備え、上記外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２の嵌合部分が、転動部材１３と転動部材１３を左右から挟持する一対の転動面１４，１５より成り、上記一対の転動面１４，１５の何れか一方又は双方がＶ字状の凹部より成ることを特徴としている。

また、上記外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２の嵌合部分が、互いに面接触する一対の接触面２１，２２より成り、上記一対の接触面２１，２２がＶ字状の凹部とＶ字状の凹部に対して面接触する凸部より成ることを特徴としている。

本発明は、上記の如く構成され、球１の円錐状凹部２，３に対する転動が一対の円錐状凹部２，３の各々と球１との間に位置する球転動板６を介した状態で行われ、免震時には球１が球転動板６の平滑な表面７上を円滑に転動することとなり、その結果、円錐状凹部２，３の表面を平滑（低摩擦係数）とするための仕上げ加工を省略することが可能となるので、円錐状凹部２，３の加工コストの低減を図ること、即ち、免震装置の製造コストの低減を実現でき、免震装置の普及の促進を図ることができる。

さらに、上記一対の円錐状凹部２，３の各々における中心付近８の傾斜角ａが外周部分９の傾斜角ｂに比して大きくなるように形成されていることによって、所定の震度以上の場合に免震装置が作動するようにすることができ、強風などによる建物の揺れを防止できる。

加えて、上記水平免震手段Ｈに対して垂直免震手段Ｖを積層することによって、水平方向の免震に加えて、垂直方向の免震も可能となり、しかも、垂直方向の免震が転がり接触を利用して行われることにより、垂直方向の免震をスムーズに行うことができる。

また、垂直方向の免震が面接触を利用して行われるように構成することにより、垂直免震手段Ｖを低コストで提供でき、水平免震手段Ｈと垂直免震手段Ｖを有する免震装置の普及の促進を図ることができる。

次に添付図面に基づき、本発明の免震装置について説明する。
図１に示したように、本発明の免震装置は、水平免震手段Ｈと垂直免震手段Ｖとを建物の下面Ａと建物の基礎の上面Ｂとの間に配設して成るものであり、水平免震手段Ｈの上方には、垂直免震手段Ｖが積層されている。

尚、垂直免震手段Ｖについては、後述する実施例にて詳細に説明するので、発明を実施するための最良の形態では、水平免震手段Ｈの詳細について説明する。

本発明の免震装置における水平免震手段Ｈは、球１と球１を上下から挟持する一対の円錐状凹部２，３を備え、上記一対の円錐状凹部２，３の各々は、建物の下面Ａ側に配設される上基板４及び建物の基礎の上面Ｂ側に配設される下基板５に形成されている。

上記上基板４及び下基板５と球１との間には球転動板６が位置しており、上記一対の円錐状凹部２，３に対する球１の転動が、上記球転動板６を介して行われるように構成されている。

上記球転動板６は、上基板４及び下基板５に形成された円錐状凹部２，３全体を覆う平板状部材であり、無荷重状態においては、球転動板６と円錐状凹部２，３との間に隙間Ｓが存している、即ち、上記球転動板６は、上基板４及び下基板５の球１側に対して単に積層されているものである。

そして、上記球転動板６は、表面７が平滑（低摩擦係数）であり且つ弾復元性を有する材料より成り、その材料としては、ステンレスやチタンが考慮され、さらに、球転動板６の厚さは、建物の荷重Ｆによる変形が弾性変形領域で行われるように設定され、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４）を用い、一つの免震装置に加わる建物の荷重Ｆが１０ｔである場合、その厚さは３ｍｍ程度に設定される。

また、上記一対の円錐状凹部２，３の各々が形成される上基板４及び下基板５は、従来から行われているように、強度が高く靭性に富むＳＳ材やＳＣ材等の厚板に削出加工を施すことによって形成することが考慮されるが、平滑な表面７を有する球転動板６上を球１が転動することとなるため、円錐状凹部２，３における表面の仕上げ加工を行う必要がなくなり、その加工コストの低減を図ることができる。

さらに、球転動板６を形成するステンレスやチタンは、強度が高く靭性に富むため、上記上基板４及び下基板５を、ＳＳ材やＳＣ材等の厚板に対して強度や靭性が劣るＦＣＤ材（鋳造）によって形成した場合における強度や靭性を補うことができ、その結果、上基板４及び下基板５の形成方法として鋳造を利用することが可能となり、その加工コストを大幅に低減することが可能となるので、免震装置の製造コストの低減を実現でき、免震装置の普及の促進を図ることができる。

加えて、球転動板６を形成するステンレスやチタンは、耐錆性に優れており、免震装置の長寿命化と維持コストの低減を図ることができる。

次に、上述した免震装置における水平免震手段Ｖの作動を説明する。
図２は、本発明の免震装置の設置状態を示し、免震装置を建物と建物の基礎との間に配設することにより、建物の荷重Ｆが免震装置に加わり、この建物の荷重Ｆによって、球転動板６が上基板４及び下基板５の各々に形成された円錐状凹部２，３の表面に沿うようにして弾性変形する。

そして、平常時（免震装置の非作動時）においては、図５に示したように、球１が最も安定した状態となる位置、即ち、円錐状凹部２，３の中心に位置しており、この場合、弾性変形した球転動板６が円錐状凹部２，３に対して密着した状態となる。

さらに、免震時（免震装置の作動時）においては、図６に示したように、球１が球転動板６上を転動するものであり、この場合、球１が球転動板６の平滑な表面７上を円滑に転動すると同時に、球１の転動が球転動板６を介した状態で円錐状凹部２，３の表面に沿って行われるので、本発明の免震装置における免震が、球転動板６を用いない従来の免震装置と同様に行われることとなり、免震装置における免震性能が損なわれる心配はない。

また、免震時において、球１の転動に伴って球１と球転動板６の接触位置（弾性変形位置）が移動した場合、球転動板６が弾性によって復元し、球転動板６と円錐状凹部２，３との間に隙間Ｓが生じることがある（図６参照）が、球１の転動は、球転動板６を介して常に円錐状凹部２，３に沿って行われるので、この場合も、免震装置における免震性能が損なわれることはない。

そして、上記球１の円錐状凹部２，３に対する転動が繰り返されることにより、地震による水平方向の揺れの吸収と減衰が行われ、建物を地震の被害から守ることができ、しかも、球転動板６の表面７が平滑であることに加えて、球転動板６を形成するステンレスやチタンは、強度が高く靭性に富むので、球１の転動が非常に円滑となり、よりスムーズな免震が実現する。

尚、上述した免震装置における水平免震手段Ｈでは、一対の円錐状凹部２，３の各々が最も単純な円錐形である場合を示したが、これに限らず、例えば、図９に示したように、一対の円錐状凹部２，３の各々において、中心付近８の傾斜角ａを外周部分９の傾斜角ｂに比して大きくすることも考慮され、この場合には、所定の震度以上にて免震装置（水平免震手段Ｈ）が作動するようにすることができるので、強風などによる建物の揺れを防止でき、快適な免震装置が提供される。

次に、本発明の免震装置の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の免震装置における実施例を示し、上記発明を実施するための最良の形態で示した水平免震装置Ｈに対して積層される垂直免震手段Ｖは、建物の下面Ａ側に位置する上板１６と建物の基礎の上面Ｂ側に位置する下板１７の間に配設される垂直方向に伸縮可能であり且つ弾発的に嵌め合わされる外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２及び建物の荷重Ｆ（１Ｇ分）を支える弾性部材２０を備えて成る。

そして、図１に示した垂直免震手段Ｖは、垂直免震手段Ｖの第１の実施例を示し、上記外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２の嵌合部分は、図３に示したように、転動部材１３と転動部材１３を左右から挟持する一対の転動面１４，１５によって構成され、上記一対の転動面１４，１５は、外側垂直免震部材１１及び内側垂直免震部材１２の互いに向かい合う面にそれぞれ形成され、双方がＶ字状の凹部として形成されている。

そして、上記外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２の各々は、図４に示したように、円筒状部材によって構成され、上記外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２の間に配設される転動部材１３として複数の球が用いられ、上記転動部材１３は、一対の転動面１４，１５によって弾発的に保持されている。

また、上記弾性部材２０は、上記外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２に囲まれた内部空間１９内に配設されているものであって、上記弾性部材２０としては、コイルスプリングや皿バネ等が考慮される。

さらに、上記外側垂直免震部材１１及び内側垂直免震部材１２の何れか一方（本実施例では内側垂直免震部材１２）には、スリット１８が所定の間隔で形成されており、弾発的に嵌め合わされる外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２のバネ性を向上（本実施例では内側垂直免震部材１２のバネ性を向上）させている。

次に、上記構成に基づいて、垂直免震手段Ｖの作動を説明する。
垂直免震手段Ｖは、図２，図３に示したように、平常時（免震装置の非作動時）においては、建物の荷重Ｆを支える弾性部材２０によって、中立位置、即ち、転動部材１３が最も安定した状態となる位置であるＶ字状の凹部として形成された一対の転動面１４，１５各々の谷部部分に位置している。

そして、免震時（図７に示す地面が下方に下がり垂直免震手段Ｖが延びた状態となる下方免震時及び図８に示す地面が上方に上がり垂直免震手段Ｖが縮んだ状態となる上方免震時）においては、転動部材１３が一対の転動面１４，１５に対して転動し、転動部材１３が一対の転動面１４，１５を構成するＶ字状の凹部の斜面に乗り上げて行くような状態となると同時に、弾発的に嵌め合わされる外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２の弾発力によって抵抗が生じる。

そして、転動部材１３の一対の転動面１４，１５に対する転動と、弾発力によって生じる抵抗によって垂直方向の揺れの吸収と減衰が行われ、その結果、建物を地震の被害から守ることができ、加えて、転がり接触を利用して垂直方向の免震を行うことによって、スムーズな免震が実現する。

さらに、上記垂直免震手段Ｖが水平免震手段Ｈに対して積層されていることによって、水平方向の免震に加えて、垂直方向の免震も可能となり、優れた免震性能を有する免震装置が提供される。

尚、上記実施例では、転動部材１３を左右から挟持する一対の転動面１４，１５の双方がＶ字状の凹部として形成されている場合を示したが、一対の転動面１４，１５のうち、何れか一方のみをＶ字状の凹部とする（図示せず）ことも考慮される。

さらに、上記Ｖ字状の凹部における谷部付近の傾斜角を、それ以外の部分の傾斜角より大きくし、所定の震度以上にて垂直免震手段Ｖが作動するようにすることも考慮され、この場合には、平常時の建物の振動等を防止することができ、より快適な免震装置が提供される。

また、上記外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２の嵌合部分を、図１０に示したように、互いに面接触する一対の接触面２１，２２として構成し、例えば、一対の接触面２１，２２がＶ字状の凹部とＶ字状の凹部に対して面接触する凸部とすることも可能であり、この場合には、部品点数の低減と簡易な組み付け作業が実現でき、垂直免震手段Ｖを低コストで提供できる。

さらに、図１１，図１２は、本発明の免震装置における垂直免震手段Ｖの第２の実施例を示しており、垂直免震手段Ｖを構成する外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２として、互いに平行な一対の棒状体より成る外側垂直免震部材１１の各々に対して内側垂直免震部材１２を垂直方向に伸縮可能であり且つ弾発的に嵌め合わせたものである。

そして、上記外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２の嵌合部分は、上述した第１の実施例と同様の形態とすることが考慮され、転動部材１３と転動部材１３を左右から挟持する一対の転動面１４，１５（何れか一方又は双方がＶ字状の凹部）によって構成される転がり接触を利用したものや、互いに面接触する一対の接触面（例えば、Ｖ字状の凹部とＶ字状の凹部に対して面接触する凸部）として構成される面接触を利用したものが考慮される。

そして、転がり接触を利用したものの場合、転動部材１３として複数の球（図示せず）又は丸棒の使用が考慮され、転動部材１３として丸棒を利用した場合には、加工が容易で且つ組み立ても容易な垂直免震手段Ｖを有する免震装置を提供することができ、免震装置の製造コストの低減を図ることができる。

また、上記第１の実施例と同様、外側垂直免震部材１１及び内側垂直免震部材１２の何れか一方（本実施例では内側垂直免震部材１２）には、スリット１８が所定の間隔で形成されており、弾発的に嵌め合わされる外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２のバネ性を向上（本実施例では内側垂直免震部材１２のバネ性を向上）させている。

さらに、図示はしていないが、上記互いに平行に配された一対の外側垂直免震部材１１と外側垂直免震部材１１に弾発的に嵌合する内側垂直免震部材１２をもう一組用意し、外側垂直免震部材１１と内側垂直免震部材１２を角筒状に配置することも考慮され、この場合には、免震性能をより一層向上させることができる。

本発明の免震装置（垂直免震手段の第１の実施例を含む）の構成を示す無荷重状態における縦断面図である。 本発明の免震装置の設置状態を示す縦断面図である。 垂直方向免震手段の構成を示す部分断面図である。 図１におけるＸ−Ｘ線に沿う部分断面図である。 水平方向免震手段の拡大断面図である。 水平方向免震手段が水平方向に移動した状態を示す拡大断面図である。 垂直方向免震手段が上方向への移動した状態を示す部分断面図である。 垂直方向免震手段が下方向への移動した状態を示す部分断面図である。 水平方向免震手段の変形例を示す拡大断面図である。 垂直方向免震手段の変形例を示す部分断面図である。 垂直方向免震手段の第２の実施例を示す縦断面図である。 図１１におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図である。

符号の説明

１ 球
２，３ 円錐状凹部
４ 上基板
５ 下基板
６ 球転動板
７ 球転動板の表面
８ 円錐状凹部の中心付近
９ 円錐状凹部の外周部分
１１ 外側垂直免震部材
１２ 内側垂直免震部材
１３ 転動部材
１４，１５ 転動面
１６ 上板
１７ 下板
１８ スリット
１９ 内部空間
２０ 弾性部材
２１，２２ 接触面
ａ 円錐状凹部における中心付近の傾斜角
ｂ 円錐状凹部における外周部分の傾斜角
Ａ 建物の下面
Ｂ 基礎の上面
Ｆ 建物の荷重
Ｈ 水平方向免震手段
Ｓ 隙間
Ｖ 垂直方向免震手段

Claims (4)

1. 建物と建物の基礎との間に配設され、球（１）と球（１）を上下から挟持する一対の円錐状凹部（２，３）を備え、上記一対の円錐状凹部（２，３）の各々が、建物の下面（Ａ）側に位置する上基板（４）と建物の基礎の上面（Ｂ）側に位置する下基板（５）に形成されて成る水平方向免震手段（Ｈ）を有する免震装置において、
   上記上基板（４）及び下基板（５）に形成された一対の円錐状凹部（２，３）の各々と球（１）との間に、表面（７）が平滑で且つ弾復元性を有する球転動板（６）を配設したことを特徴とする免震装置。
2. 上記一対の円錐状凹部（２，３）の各々は、中心付近（８）の傾斜角（ａ）が外周部分（９）の傾斜角（ｂ）に比して大きいことを特徴とする請求項１記載の免震装置。
3. 上記免震装置は、上記水平方向免震手段（Ｈ）に対して積層される垂直方向免震手段（Ｖ）を有して成り、上記垂直方向免震手段（Ｖ）は、建物の下面（Ａ）側に位置する上板（１６）と建物の基礎の上面（Ｂ）側に位置する下板（１７）の間に配設される垂直方向に伸縮可能であり且つ弾発的に嵌め合わされる外側垂直免震部材（１１）と内側垂直免震部材（１２）及び建物の荷重Ｆを支える弾性部材２０を備え、上記外側垂直免震部材（１１）と内側垂直免震部材（１２）の嵌合部分は、転動部材（１３）と転動部材（１３）を左右から挟持する一対の転動面（１４，１５）より成り、上記一対の転動面（１４，１５）の何れか一方又は双方がＶ字状の凹部より成ることを特徴とする請求項１記載の免震装置。
4. 上記免震装置は、上記水平方向免震手段（Ｈ）に対して積層される垂直方向免震手段（Ｖ）を有して成り、上記垂直方向免震手段（Ｖ）は、建物の下面（Ａ）側に位置する上板（１６）と建物の基礎の上面（Ｂ）側に位置する下板（１７）の間に配設される垂直方向に伸縮可能であり且つ弾発的に嵌め合わされる外側垂直免震部材（１１）と内側垂直免震部材（１２）及び建物の荷重Ｆを支える弾性部材２０を備え、上記外側垂直免震部材（１１）と内側垂直免震部材（１２）の嵌合部分は、互いに面接触する一対の接触面（２１，２２）より成り、上記一対の接触面（２１，２２）がＶ字状の凹部とＶ字状の凹部に対して面接触する凸部より成ることを特徴とする請求項１記載の免震装置。
   
   

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