JP2005325850A - Base isolation device - Google Patents
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Abstract
Description
建物の免震装置ないしはコンピュータサーバなどのような加速度敏感性のものを地震の揺れから護る免震台、免震床等の免震装置に関し、特に上下球面又は円筒面間にボール又はころ等を介して水平方向移動及び自動復帰可能な転がりタイプの免震装置の改良に関する。 With regard to seismic isolation devices such as base isolation tables and base isolation floors that protect acceleration-sensitive devices such as building seismic isolation devices or computer servers from earthquakes, especially balls or rollers between the upper and lower spherical surfaces or cylindrical surfaces. It is related with the improvement of the rolling type seismic isolation device which can move horizontally and automatically.
上下皿間にボールを転動可能に配した免震装置は、上皿と下皿との曲率半径が同じもの、上下皿の一方が平面であるもの、特許文献1に示すように上皿と下皿との曲率半径が異なるもの等種々のものが考えられる。しかし、かかる上下球面又は円筒面を有する上下皿間にボール又はころを介して水平方向移動にするようにされた免震装置はその構成要素として建物ないしは積載重量を支える機能の他に、地震時の揺れエネルギを吸収する機能、いわゆるダンパが必要である。ダンパの例としては、上下皿間に互いに接触する摩擦部材を所定の押圧力を与える摩擦ダンパ、流体の粘性抵抗を利用した油圧シリンダ等がある。このようなダンパは上下皿やボールとは別に設けられているが、ダンパとして一般に使用されている摩擦力や粘性抵抗は外力の大きさに応じて増減することはないので、載荷荷重が変化するとそれに合わせて、ダンパ力を変更する必要がある。そこで、載荷荷重が大きな建物家屋の場合等では、都度、家屋、特に基礎を含め、免震装置のも個別設計している。しかし、美術品、コンピュータサーバ、展示品等の中小型の物品を載荷する免震床や免震台の場合は、油が嫌われるので一般に摩擦ダンパが採用されることが多いが、摩擦ダンパ力をその都度設計するのでは煩雑であり、載荷荷重に応じて増減してくれる摩擦ダンパ力を得たい。このためには、摩擦ダンパ力は一定摩擦係数に載荷荷重を掛けた値とするのがよく、いわゆる定摩擦係数となる摩擦ダンパが理想的になる。また、構造は簡略化したい。
The seismic isolation device in which the balls can roll between the upper and lower plates has the same curvature radius between the upper plate and the lower plate, one of the upper and lower plates is a flat surface, as shown in
そこで、特許文献2のものにおいては、下皿の上面を凹状の球面とし、上皿の下面を凹状の球面とするが、上皿の球面の曲率半径をボールの曲率半径とほぼ同じにし、上皿とボールとはあたかも一体のようになり殆どすべりも転がりも発生させないようにし、下皿とボールを殆ど滑動状態に近い状態とさせるようにしている。これにより摩擦係数は0.10程度の滑り抵抗、即ち一定摩擦係数の摩擦ダンパ力を得られるようにしている。また、特許文献3のものにおいては、下皿に相当するレールの上面に凹状の円筒面を設け、上皿に相当する上側支承体に取り付けられた軸に回転可能に取り付けられた車輪(転動体)をレール上を転動させるようにしている。軸と車輪の軸穴とは滑り軸受を構成するようにされており、滑り摩擦力を得られるようにしている。この軸と車輪の軸穴との滑り摩擦係数はほぼ一定であるので、一定摩擦係数の摩擦ダンパ力が得られている。
しかし、特許文献2、3のものは上皿に対してはボール又は車輪は移動せず相対移動できないので、地震に対する応答変位の移動距離のサイズの分だけ下皿やレールの長さが必要になるので幅サイズが大きくなるという問題があった。一般の単球式転がり支承では上下皿を相対移動させるときは、応答変位移動距離に対してボールはほぼ半分のストロークになり、上下皿のサイズはほぼ半分で済むので、これは大きな問題である。また、摩擦係数一定であるので、摩擦係数が小さい設定のとき、載荷荷重が小さい場合は、摩擦力が小さくなり、人等による外力で不用意に動くことがあるという問題があった。さらに、特許文献3のものはボールに比して構造が複雑となるという問題があった。また、特許文献1のものは上下皿の曲率半径が異なると見られる図以外は曲率半径、摩擦ダンパに関する記載は全くない。
However, in
本発明の課題は、係る問題点に鑑みて、上下皿やボール自体に摩擦ダンパ機能を持たせながら、皿やレールの長さを長くすることなく、構造が簡単で摩擦係数一定の摩擦ダンパ機能を有する免震装置を提供することである。さらには、中心位置でのふらつきを無くすことである。 An object of the present invention is to provide a friction damper function in which the structure is simple and the friction coefficient is constant without increasing the length of the tray or rail while providing the friction damper function to the upper and lower dishes or the ball itself. Is to provide a seismic isolation device. Furthermore, it is to eliminate the wobbling at the center position.
本発明においては、下面に凹状の球面又は円筒面が形成された上皿と、上面に凹状の球面又は円筒面が形成された下皿と、前記上下皿の間を転動可能にされたボール又はころと、を有する免震装置において、前記一方の皿の球面又は円筒面の曲率半径と、前記他方の皿の球面又は円筒面の曲率半径を異ならせることにより、前記上下皿間を移動する前記ボール又はころのあらかじめ定められた移動有効範囲内で、前記ボール又はころと、前記一方又は他方又は両方の皿と、の間に滑りかつ転がり運動をさせ、発生する滑り摩擦力をダンパブレーキ作用させるようにした免震装置を提供することにより前述した課題を解決した。 In the present invention, an upper plate having a concave spherical surface or cylindrical surface formed on the lower surface, a lower plate having a concave spherical surface or cylindrical surface formed on the upper surface, and a ball that can roll between the upper and lower plates. Alternatively, in the seismic isolation device having the roller, the curvature radius of the spherical surface or the cylindrical surface of the one dish is made different from the curvature radius of the spherical surface or the cylindrical surface of the other dish, so that the movement is made between the upper and lower dishes. A sliding and rolling motion is caused between the ball or roller and the one or the other or both of the plates within a predetermined effective range of movement of the ball or roller, and the generated sliding frictional force is acted as a damper brake. The above-mentioned problem was solved by providing a seismic isolation device.
即ち、上皿と下皿の曲率半径の大きさが同一であれば接触力による塑性変形が生じない限り純転がり運動するので、上下皿とボール又はころ間で発生する摩擦係数は転がり摩擦係数であり0.001の単位である。これに対して、上皿と下皿の曲率半径の大きさを意識的に異ならせると、上下皿とボール又はころ間で滑りが発生する。この滑り率は上下皿の曲率半径の違いにより異なる。例えば、前述した特許文献2のものでは上皿の曲率半径値をボールの曲率半径値にきわめて近い値にするとボールは殆ど転がらず純滑りに近くなり摩擦係数は0.1〜0.2程度になる。なお、この場合、上皿は転がり運動をしていない。従って、上又は下皿の一方の曲率半径を他皿の曲率半径より小さくすることによりボール又はころと、ボール又はころのあらかじめ定められた移動有効範囲内で、一方又は他方又は両方の皿との間に滑りかつ転がり運動をさせることが成立し これらの曲率半径値を操作することにより、すべり率を調整することができるので、狙いとする一定摩擦係数が得られ、この滑り摩擦力により摩擦ダンバ力を発生させることができるのである。
In other words, if the curvature radius of the upper and lower plates is the same, a pure rolling motion will occur unless plastic deformation occurs due to contact force, so the friction coefficient generated between the upper and lower plates and the ball or roller is the rolling friction coefficient. There is a unit of 0.001. On the other hand, if the curvature radii of the upper and lower plates are consciously different, slip occurs between the upper and lower plates and the balls or rollers. This slip rate varies depending on the difference in curvature radius between the upper and lower dishes. For example, in the above-mentioned
この滑りの発生について説明する。図1に示すように、中心より移動したボール5′の中心位置O′は上下皿の曲率中心Oi′、Oeと結んだ線上に位置されないと荷重ベクトルQは力学上釣り合わない。言い換えれば、上下皿がどのような移動をしようと、ボール中心は上下皿の曲率中心線上にやって来なければならない。このような位置にボールが設定されるときにはボールと上下皿の転がり長さが等しくならず、すべりを発生せざるを得なくなる。詳述すると、上皿2が下皿1に対してSだけ相対移動し、その結果ボール5はT移動したとする。ボール中心O′は移動後の皿の曲率中心Oe、Oi′を結んだ線上に来なければボール荷重Qの釣り合いは取れない。上皿2の移動後の曲率中心Oi′と下皿の曲率中心Oeを結んだ線がOe、Oiとなす角をθとすれば、
S=OeOi′・sinθ=(Re+Ri−2r)・sinθ
T=OeO′・sinθ =(Re−r)・sinθ
である。
ここにRe、Riは下皿、上皿の曲率半径であり、rはボール半径である。
T/S=(Re−r)/(Re+Ri−2r)となり、ReとRiが等しくない場合は転がり運動のようなT/S=0.5一定にはならず滑りが発生することになる。
The occurrence of this slip will be described. As shown in FIG. 1, the load vector Q is not balanced mechanically unless the center position O ′ of the
S = OeOi ′ · sin θ = (Re + Ri−2r) · sin θ
T = OeO ′ · sin θ = (Re−r) · sin θ
It is.
Here, Re and Ri are the radii of curvature of the lower plate and the upper plate, and r is the radius of the ball.
T / S = (Re−r) / (Re + Ri−2r). When Re and Ri are not equal, T / S = 0.5 as in the rolling motion is not constant, and slipping occurs.
純転がりをしないのだから、どれだけすべりが出ているかは次のようにして求められる。図1において、上下の皿の転がり長さを調べる。移動前のボール5の下皿1、上皿2との接触点をA、Bとする。移動後にボールは下皿、上皿とH、Kで接触したとする。上皿2のBの移動後の同一場所をB′とすれば、弧AH=OeA・θ=Re・θ、また、弧B′K=Oi′K・θ=Ri・θである。ReとRiは等しくないのだから 弧AHと弧B’Kは等しくない。次に、ボールの転がり長さを計算すると、ボールのA点の移動後の場所をA′とし、ボール中心に対するA′の180°対称位置をA″とする。ボール5は剛体と仮定し、ボールが弧A″Kだけ転がったとすれば、弧A′Hの分も転がっているはずである(A″とA′は対称位置である)。もし、上皿2′とボール5′が純転がりをしているのであれば、弧A″Kと弧B′Kとは等しいはずである。また、弧A′Hと弧A″Kは等しいのだから、弧A′Hと弧AHとは等しくならない。ここで、Re>Riとすれば、弧AH>弧A′Hとなる。
Since there is no pure rolling, the amount of slippage can be calculated as follows. In FIG. 1, the rolling lengths of the upper and lower dishes are examined. A and B are points of contact with the
このように、A点の転がり軌跡長さは、ボール5と下皿1において異なっており、ボールは転がり長さ以上に公転移動している。つまり滑っていることになる。この滑り量は、上皿2とボール5が純転がりするものと仮定すれば、
滑り率=(弧AH−弧A′H)/弧AH
滑り率=(Re・θ−Ri・θ)/Re・θ
滑り率=1−Ri/Reである。Re=Riであれば滑り率は0だが、Re=2・RI とすると皿のボール軌跡の50%はすべりで残り50%は純転がりということになる。
Thus, the rolling trajectory length at the point A is different between the
Slip rate = (arc AH−arc A′H) / arc AH
Slip rate = (Re · θ−Ri · θ) / Re · θ
Slip rate = 1−Ri / Re. If Re = Ri, the slip rate is 0, but if Re = 2 · RI, 50% of the ball trajectory of the dish is slipping and the remaining 50% is pure rolling.
このように、上下皿の球面等の曲率を異ならせることにより、ボールを滑りかつ転がり運動でき、上下皿の曲率半径比を換えれば、滑り率を調整でき、発生摩擦係数を調整できることがわかる。なお、摩擦係数はボール、上下皿の材質、硬さ、曲率等の要素でも変化するので適宜選択する。 Thus, it can be seen that by varying the curvature of the spherical surfaces of the upper and lower dishes, the ball can slide and roll, and if the ratio of the curvature radii of the upper and lower dishes is changed, the slip ratio can be adjusted and the generated friction coefficient can be adjusted. Note that the friction coefficient is appropriately selected because it varies depending on factors such as the material of the balls and upper and lower dishes, hardness, and curvature.
請求項2に記載のように、前記滑り摩擦力は摩擦係数にして0.02以上0.08以下であるのが好ましい。 According to a second aspect of the present invention, the sliding friction force is preferably 0.02 or more and 0.08 or less in terms of a friction coefficient.
ボール又はころの移動有効範囲を確保するためには、上皿と下皿の球面の外径寸法又は円筒面の周方向長さがほぼ同一値となる範囲とすればよい。そこで、請求項3に記載の発明においては、前記一方の皿の球面又は円筒面の曲率半径をR1、前記他方の皿の球面又は円筒面の曲率半径をR2としたときのR2/R1の比Aが、3≧A≧1.5とするようにした。より好ましくは、上下皿の材質が軟鋼でボールが軸受鋼の場合A=2である。
In order to ensure the effective movement range of the ball or roller, the outer diameter dimension of the spherical surface of the upper plate and the lower plate or the circumferential direction length of the cylindrical surface may be in a range where they are substantially the same value. Therefore, in the invention described in
上下皿のいずれか一方の曲率半径をボールの曲率半径に近くすると幾何学上、上下皿の外径寸法を同一にすることはできなくなるので曲率差を設けるには自ずと制限は存在する。そこで、請求項4に記載の発明おいては、前記一方の皿の球面又は円筒面の曲率半径をR1、前記他方の皿の球面又は円筒面の曲率半径をR2、前記ボール又はころの半径をr、前記上下皿間を移動する前記ボール又はころのあらかじめ定められた移動有効長さをDとしたときに、
2r>R1−(R1 2−(D/2)2)1/2+R2−(R2 2−(D/2)2)1/2 ・・・(1)
かつ
R2>R1>r・・・(2)
を満足する免震装置とした。
If the curvature radius of either one of the upper and lower pans is close to the curvature radius of the ball, the outer diameter of the upper and lower pans cannot be made the same in terms of geometry, so there is a limit to providing a difference in curvature. Therefore, in the invention described in
2r> R 1 − (R 1 2 − (D / 2) 2 ) 1/2 + R 2 − (R 2 2 − (D / 2) 2 ) 1/2 (1)
And R 2 > R 1 > r (2)
The seismic isolation device satisfies the requirements.
かかる上下皿とボール等間の滑り転がりによる摩擦ダンバ機能を用いた免震装置では、摩擦係数一定であるので、載荷荷重が小さい場合は、摩擦力が小さく人等による外力でも容易に動いてしまう。そこで、請求項5に記載の発明おいては、前記免震装置の摩擦ダンパ力作用に加え、所定の一定摩擦力を付加する装置が設けられた免震装置を提供する。摩擦力は一定であるので、載荷荷重が変化しても摩擦力は変化しないが、中心位置での一定以下の外力に対する上下皿の不用意な相対移動を防止する。なお、上下皿のボールの滑り又は転がり面が球面の場合は、全水平方向にボール移動可能であるが、上下皿のころの滑り又は転がり面が円筒の場合は、全水平方向に上下皿を相対移動可能にするためには軸直角方向に少なくともそれぞれ1組、計2組必要であることは言うまでもない。
In the seismic isolation device using the friction damper function by the sliding rolling between the upper and lower pans and the balls, the friction coefficient is constant. Therefore, when the loaded load is small, the frictional force is small and the external force by a person or the like easily moves. . Accordingly, the invention according to
本発明においては、一方の皿の球面又は円筒面の曲率半径と、他方の皿の球面又は円筒面の曲率半径を異ならせ、ボール又はころのあらかじめ定められた移動有効範囲内で、ボール又はころと、一方又は他方又は両方の皿と、の間に滑りかつ転がり運動をさせ、発生する滑り摩擦力を利用するようにしたので、上下皿やボール自体に摩擦ダンパ機能を持たせながら、皿やレールの長さを長くすることなく、構造が簡単で摩擦係数一定のダンパ機能を有する免震装置を提供するものとなった。また、種々の載荷荷重に対応が可能で、中小型の幅広い物品を載荷できる免震装置を提供するものとなった。また、請求項2に記載のように、滑り摩擦係数にして0.02以上0.08以下としたので、良好な摩擦ダンパ性能、減衰性能が得られ地震に対して有効な動作をするものとなった。
In the present invention, the radius of curvature of the spherical surface or cylindrical surface of one plate is different from the radius of curvature of the spherical surface or cylindrical surface of the other plate, and the ball or roller falls within a predetermined effective movement range of the ball or roller. And one or the other or both of the dishes are made to slide and roll, and the generated sliding frictional force is used, so that the upper and lower dishes and the balls themselves have a friction damper function, The present invention provides a seismic isolation device having a damper function with a simple structure and a constant friction coefficient without increasing the length of the rail. Moreover, the seismic isolation device which can respond to various loading loads and can load a wide range of small and medium-sized articles is provided. Further, as described in
また、請求項3に記載の発明においては、上下皿の曲率半径の比を1.5〜3倍としたので、ボール等の移動有効範囲を確保でき、種々の地震による横方向移動範囲に対して有効な免震装置を提供する。より詳細な設計においては、請求項4に記載の発明おいては、一方の皿の曲率半径をR1、他方の皿の曲率半径をR2、ボール等の半径をr、移動するボール等のあらかじめ定められた移動有効長さをDとしたときに、前述した計算式を満足するような免震装置とし、上下皿の外径寸法をほぼ同一にしたので、相対移動を可能にし、構造が簡単で、幅方向の狭い上下皿相対運動形の免震装置であっても摩擦係数一定型の摩擦ダンパ機能を持つ支承とすることができるものなった。
In the invention according to
また、請求項5に記載の発明おいては、摩擦係数一定の摩擦ダンパ作用に加え、摩擦力が一定の摩擦力付加装置を設け、中心位置での一定以下の外力に対する上下皿の相対移動を防止するようにしたので、中心付近でのふらつきもなく、載荷荷重が小さいものであっても、人が寄りかかったりしても容易には移動しないようにでき、より幅の広い載荷荷重が可能な免震装置を提供するものとなった。
Further, in the invention described in
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図2は本発明の実施の形態である免震装置の上プレート、上皿、上ストッパを除いた平面図、図3は図2のA−A線断面図である。なお、図2はボール位置が移動して上プレートと下プレートとが相対的にずれている状態を示し、図3では図2でボールが原位置にある場合での断面である。このものは本発明者が先に出願した特願2003−285497号(未公開)の矩形式の水平方向保持ガイド及び減衰装置(ブレーキ装置)を有する免震装置に摩擦係数一定の摩擦ダンパを発生する支承を適用したものである。各図面において、上皿2と、これに対向する下皿1との間に回転自在に、下皿1に対して上皿2を支持するボール5が介在して成る支承体14が4個配置されている。各支承体4の上皿2は上プレート12に、また下皿1は下プレート11にそれぞれ配置固定され、下プレート11に対して上プレート12が移動すると、その動きに呼応して各支承体のボール5も移動する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a plan view excluding the upper plate, upper plate, and upper stopper of the seismic isolation device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2 shows a state in which the ball position is moved and the upper plate and the lower plate are relatively displaced, and FIG. 3 is a cross-section when the ball is in the original position in FIG. This generates a friction damper with a constant friction coefficient in a seismic isolation device having a rectangular horizontal holding guide and damping device (brake device) of Japanese Patent Application No. 2003-285497 (not disclosed) previously filed by the present inventor. This is an application of support. In each drawing, four
図2,3では明示していないが、本実施の形態においては、図1で示したように、各支承体の上皿2の下面4及び下皿1上面3は球状凹面となっており、下皿球面座の曲率半径は2000mm、上皿球面座の曲率半径は1000mmと下皿球面座の曲率半径の半分にされている。また、上下皿球面座3,4の直径はD=210mmとされ、ボール5の有効移動長さとされる。ボール5を中心に上下皿は相対運動するので、基台11と支持台12とは最大200mmの範囲で相対移動することとなる。ボール5の直径は2インチ(50.8mm)である。ボール5が曲率半径に差を有する上下皿間を移動するときに前述した図1に示すようにころがり滑りを発生し、一定摩擦係数の摩擦力を得られる。また、地震等による水平方向力がなくなるとボール5が上下皿の球面の中心位置に戻ろうとする作用が働き、原点復帰機能を有することとなる。
Although not explicitly shown in FIGS. 2 and 3, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
上下プレート12,11はそれぞれ2枚に分割されており、左右一対の免震部材16から構成されている。免震部材16は、対となる上下プレート12,11に支承体14が、それぞれ2個ずつ配置固定され一組とされている。対となる上プレート12と下プレート11との間には、互いに直交して矩形に形成された2対の縦方向案内棒9yと横方向案内棒9xとからなる矩形案内棒9を有する案内機構7が介在し、水平方向移動可能にされている。上プレート12には、縦方向案内棒9yに沿って、支承体14の両側にそれぞれ1個ずつ横方向用案内ガイド10xが配置固定されている。また、下プレート11には横方向案内棒9xに沿って支承体14の図で上下両側にそれぞれ1個ずつ横方向用案内ガイド10xが配置固定されている。
The upper and
図2において、それぞれ2本の縦方向案内棒9yと横方向案内棒9xとで、互いに直交するように端部9aを重ねられ、交差部(端部)において、図3に示すように、スペーサ22を介してボルト23によって締め付けられ矩形に結合されている。それぞれの案内棒はそれぞれ1個のガイド10y,10xによって案内されている。ガイド10及び矩形案内棒9とで、案内機構7とし、それぞれ組にされた2個の支承体14を囲むように支承体の外側に配設される。また、それぞれの案内棒9はガイド10に装着されたバネ20と摺接パッド21により、摺接案内され、一定摩擦力のブレーキ装置15を構成している。まら、ガイド10(横方向案内棒用ガイド10x)は断面略コ字形状とされ開口側10aを上、下プレート12,11側に固定され、ガイド穴10bが形成され、案内棒9(横方向案内棒9x)が挿入されている。ガイド穴10bと案内棒9との上下方向に隙間10cが設けられており、上下方向に微少移動可能にされ、支承体14による上下運動に追従するようにされている。また、上下プレートが上下方向への微少範囲での動きを伴うがバラバラにならない。なお、ガイド10x,10yの数はさらに増してもよい。
In FIG. 2, two
さらに、一対の上下プレートとそれらに装着された部材から成る免震部材16は、連結棒25によって2個連結され、一組の免震装置とされる。また、案内機構7は、支承体14を囲むように外側に配置されるので支承体の上下皿2,1と干渉することがない。なお、案内機構7は支承体の外側に配置するが、案内機構の移動距離が少ない場合には、その移動距離内で支承体の外側であればよいことはいうまでもない。更に各支承体14の上下皿2,1の外縁にはリング状のストッパ24が設けられており、ボールの皿からの飛び出しを防止するようにされている。
Further, two
かかる構成において、上プレート12が、下プレート11に対して平面視で横方向に移動した場合、互いに直交して一体となっている案内棒9の縦案内棒9yは下プレート11に配置固定されたガイド10yにより横方向にブロックされて動けず、上プレート12に配置された2個のガイド10xが上プレート12の動きとともに横方向案内棒9x上を摺動する。一方、上プレート12が、下プレート11に対して平面視で縦方向に移動した場合互いに直交して一体となっている縦案内棒9yは、上プレート12に配置固定されたガイド10yに沿って、上プレート12と一体となって縦方向に移動する。上記縦横いずれの動きにおいても、上プレート12が、下プレート11に対して回転しようとしても、案内棒9x,9yと、上下プレート12,11に配置固定されたガイド10x,10yにブロックされるので回転できず、上プレート12は、下プレート11に対して平面視での姿勢を変えることなく移動できる。上プレート12が、下プレート11に対して同時に縦方向と横方向に移動した場合はその移動の縦方向移動成分及び横方向移動成分だけ、各部材はそれぞれ上記で示した動き方をすることとなり、その結果、図2の二点鎖線で示すように、上プレート12は、下プレート11に対する平面視での姿勢を変えることなく水平移動でき、1つの独立した免震部材16が形成されることになる。
In such a configuration, when the
なお、図5の免震部材16の距離18は連結棒25等により自由に設定できるので、据え付けスペースの大きなものでも積載できることとなる。また、免震部材がさらに複数連結されても、それぞれの免震部材が免震装置として一体となって整合された動きをするので、免震装置全体としての動きは円滑で、減衰性能も常時一定に保たれることは言うまでもない。また、一組の免震部材に設けられる支承体が複数の場合も同様である。また、摩擦力一定のブレーキ装置15は、本実施の形態のような案内棒と摺接パッド等による方法の他、例えば特開2002−295054号公報のようにボールの外周に滑り軸受を設け上下皿間に配設してボールの回転摩擦力を得てブレーキ装置とする。あるいは、特開2000−240721号公報のようにボール保持器を摩擦抵抗体を介して十字形のリテーナに摺接させてブレーキ装置とする等種々のものが適用できることはいうまでもない。
Since the distance 18 of the
かかる免震装置において、摩擦係数を測定した結果について説明する。図4、5、6はそれそれ100kg、300kg、500kgの重量の荷重を本発明の免震装置に載荷して水平方向に移動する際の水平荷重を測定した移動量−移動荷重を示すグラフであり、横軸に移動量、縦軸に水平荷重を示している。なお、ボールと上下皿間の滑り及び転がり抵抗のみを働かせたものである。図4、5、6に示すように、ボール5の中心からの移動に伴いボールは下皿球面を上ることになるので、常に中心に向かう力が働く。そこで、中心から例えば右方向に移動させると中心にころがり落ちようとする力Fと、荷重に滑りによる摩擦係数を掛けた摩擦力(抵抗)fが運動方向と逆方向に加わるので、F+fの数値が 図のaに示す軌跡として表れる。一方 右端から戻る時には、力Fの方向は同じでも摩擦力fの方向は逆となるので、F−fの数値が図のbに示す軌跡として表れる。したがって、これらの軌跡のループを描いたとき、矩形状の摩擦ヒステリシスがP方向の幅が2fとなった大きさとして表れる。
The result of measuring the friction coefficient in the seismic isolation device will be described. 4, 5, and 6 are graphs showing movement amount-moving load obtained by measuring the horizontal load when the load of 100 kg, 300 kg, and 500 kg is loaded on the seismic isolation device of the present invention and moved in the horizontal direction. Yes, the horizontal axis shows the amount of movement, and the vertical axis shows the horizontal load. In addition, only the sliding and rolling resistance between the ball and the upper and lower dishes is used. As shown in FIGS. 4, 5, and 6, as the ball moves from the center of the
従って、移動量δ−移動荷重Pを線は、図4、5、6に示すようなヒステリシスをもつ平行四辺形となる。このヒステリシスの荷重方向(縦軸)幅の1/2が発生している摩擦力(f)である。また、摩擦係数はμ=f/wである。図4に示すように荷重が100kgの時は摩擦力は6kgであるので、μ=6/2/100=0.03となる。一方、図5においては荷重が300kgに対し摩擦力は15kgであるので、摩擦係数はμ=15/2/300=0.025となり、同様に図6の500kgではμ=24/2/500=0.024となる。このように、ほぼ一定の0.025となり荷重が変化しても摩擦係数はほぼ同一にされているわかる。 Accordingly, the movement amount δ-movement load P is a parallelogram having hysteresis as shown in FIGS. The hysteresis is the frictional force (f) that is ½ of the width in the load direction (vertical axis). The coefficient of friction is μ = f / w. As shown in FIG. 4, when the load is 100 kg, the frictional force is 6 kg, so that μ = 6/2/100 = 0.03. On the other hand, in FIG. 5, since the friction force is 15 kg with respect to the load of 300 kg, the friction coefficient is μ = 15/2/300 = 0.025. Similarly, in the case of 500 kg in FIG. 6, μ = 24/2/500 = 0.024. Thus, it can be seen that the friction coefficient is substantially the same even when the load is changed to be substantially constant 0.025.
このように上下皿の球面座の曲率半径の比を1/2と異ならせることにより、ボールと球面座間に転がりに加えて滑りを発生させることにより、滑り摩擦による摩擦係数がほぼ一定の免震装置とできることが実験で確認された。従って、載荷荷重に応じて、一定摩擦係数を得ることができるので、載荷荷重の大小に関係なく地震に対応できる免震装置を提供することができるものとなった。 In this way, by making the ratio of the radius of curvature of the spherical seats of the upper and lower plates different from 1/2, by generating slip in addition to rolling between the ball and the spherical seat, the friction coefficient due to sliding friction is almost constant. It was confirmed by experiments that it could be used as a device. Accordingly, since a constant coefficient of friction can be obtained according to the loaded load, it is possible to provide a seismic isolation device that can respond to an earthquake regardless of the magnitude of the loaded load.
なお、実施例では、一定摩擦力の摩擦発生装置は開放(摺接パットが案内棒9が触れないように)してその影響を無くしている。そこで、一定摩擦力として例えば、5kg程度の抵抗を与えるようにすると、中立点(中心位置)では、載荷100kgのときでも
6/2+5=8kgfとなる。また、500kgの時は24/2+5=17kgとなり、中立時でのふらつきがなくなると同時に、地震発生時には実用上適当な摩擦力となり、載荷荷重の変化があっても地震に応じた免震性能を得ることができる。
In the embodiment, the friction generating device having a constant frictional force is opened (so that the sliding contact pad does not touch the guide rod 9) to eliminate the influence. Therefore, if a resistance of about 5 kg, for example, is given as a constant frictional force, even at a load of 100 kg at the neutral point (center position).
6/2 + 5 = 8 kgf. In addition, when it is 500 kg, it becomes 24/2 + 5 = 17 kg, and there is no wobbling at the neutral time. At the same time, it becomes a practically appropriate frictional force when an earthquake occurs. Can be obtained.
実施の形態においては、上下皿が球面の場合について述べたが、上下皿が円筒面ところの組合せにおいても同様である。但し、円筒面の場合は、X−Y(直角)方向の少なくとも2方向に移動できるように配設することは言うまでもない。 In the embodiment, the case where the upper and lower pans are spherical has been described, but the same applies to the combination of the upper and lower pans having a cylindrical surface. However, in the case of a cylindrical surface, it goes without saying that it is arranged so as to be movable in at least two directions of the XY (right angle) direction.
1 下皿
2 上皿
3 下皿の球面又は円筒面
4 上皿の球面又は円筒面
5 ボール又はころ
10 免震装置
D あらかじめ定められた移動有効長さ(有効直径)
R1、R2 球面又は円筒面の曲率半径
r ボール又はころの半径
μ 摩擦係数
DESCRIPTION OF
Radius of curvature of R 1 , R 2 spherical surface or cylindrical surface r radius of ball or roller μ friction coefficient
Claims (5)
2r>R1−(R1 2−(D/2)2)1/2+R2−(R2 2−(D/2)2)1/2 ・・・(1)
かつ
R2>R1>r・・・(2)
を満足するようにされていることを特徴とする請求項2又は3に記載の免震装置。 The radius of curvature of the spherical surface or cylindrical surface of the one plate is R 1 , the radius of curvature of the spherical surface or cylindrical surface of the other plate is R 2 , the radius of the ball or roller is r, and the ball moves between the upper and lower plates. Or, when D is the predetermined effective movement length of the roller,
2r> R 1 − (R 1 2 − (D / 2) 2 ) 1/2 + R 2 − (R 2 2 − (D / 2) 2 ) 1/2 (1)
And R 2 > R 1 > r (2)
The seismic isolation device according to claim 2 or 3, characterized in that:
The seismic isolation device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a device that applies a certain frictional force in addition to the friction damper function of the seismic isolation device.
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