JP2006104684A - 風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】強風による免震建物の風揺れを防止することができ、しかも、省スペースでそれを実現することができる風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置を提供する。
【解決手段】球体２と、上部構造部６の側に備えられ球体２を回転自在に保持する球体保持機構部３と、基礎５に備えられ球体２を転動自在に受ける球面状凹の受け皿４とが備えられ、球体保持機構部３に、受け皿４の受け面４ａから離間することで球体２による転がり支承状態を形成する一方、受け皿４の受け面４ａに当接して風揺れ阻止状態を形成する風揺れ阻止機構部７，８，９が備えられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置等に関する。

転がり免震支承を用いた免震建物では、免震支承であるがゆえに建物が強風を受けると上部構造部が移動を起こして揺れてしまうことがあり、それを阻止するため、上部構造部を下部構造部に固定して建物の風揺れを阻止する風揺れ阻止装置が組み込まれている。

しかしながら、従来の風揺れ阻止装置では、風揺れ阻止のための係合機構部が免震支承装置とは別に備えられていて、建物には、免震支承装置を組み込むスペースと、風揺れ固定装置の係合機構部を組み込むスペースの両方を確保する必要があった。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、強風による免震建物の風揺れを防止することができ、しかも、省スペースでそれを実現することができる風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置等を提供することを課題とする。

上記の課題は、球体と、
上下の構造部のいずれか一方に備えられ、球体を回転自在に保持する球体保持機構部と、
上下の構造部のもう一方に備えられ、球体を転動自在に受ける受け皿と
が備えられ、
前記球体保持機構部は、
球体を回転可能に保持する凹所を先端部に備えた球体保持体と、
該球体保持体を上下方向に移動可能に保持する保持体ガイド部と、
球体保持体をガイド部にガイドさせて上下方向に進退動作させる進退機構部と、
を備え、
該進退機構部による球体保持体の進退動作により、球体保持体が先端側に進出して球体によって支承される免震のための転がり支承状態と、球体保持体が基端側に後退して保持体ガイド部の先端部が受け皿の受け面に当接した風揺れ阻止状態とが、切り換えられるようになされていることを特徴とする、風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置（第１発明）によって解決される。

この免震支承装置では、球体保持体を保持体ガイド部から先端側に進出させて球体による転がり支承状態にすることで、地震時に上部構造部を免震することができると共に、球体保持体を基端側に後退させて保持体ガイド部の先端部を受け皿の受け面に当接させた状態にすることで、保持体ガイド部と受け皿の受け面とが係合して風揺れ阻止状態が形成されるようになされており、強風による免震建物の風揺れを防止することができる。

しかも、風揺れ阻止のための係合は、保持体ガイド部と受け皿の受け面との係合によって行われるようになされているので、風揺れ阻止のための係合部を備えさせるスペースを転がり免震支承装置とは別に確保する必要がなく、風揺れを省スペースにて阻止することができる。また、転がり免震支承装置においても、受け皿の平面サイズを小さくすることができて、転がり免震支承装置の平面サイズもコンパクトにすることができる。

上記の第１発明において、進出機構部は、球体保持体を先端側に進出させた転がり免震支承状態において地震による縦揺れを免震する縦揺れ免震機構を備えているとよい（第２発明）。

この場合は、縦揺れ免震機構が備えられているので、横揺れと縦揺れの両方の免震を実現することができる。のみならず、球体保持機構部が、球体保持体と、球体保持体を上下方向に移動可能に保持する保持体ガイド部とを備えた構造となっていることを利用し、その構造をうまい具合に利用して縦揺れ免震機構を形成した構造となっているので、縦揺れ免震機構を簡素な構成で組み込むことができる。

上記の第２発明において、進退機構部は、
保持体ガイド部をシリンダーとし、球体保持体に、シリンダー内をその延びる方向において二室に仕切るピストン部が備えられると共に、該ピストン部に二室を連通させる通孔が設けられ、
いずれか一方又は両方の室を通じて両室に液圧をかける液圧源が備えられ、該液圧源からの液圧による両室の差圧力によってピストン部に先端側への進出力を生じるようになされており、かつ、
前記差圧力によるピストン部の先端側進出状態を保持すると共に、その保持状態を解除する切換え手段が備えられ、球体保持体を先端側に進出保持させた転がり免震支承状態において、地震による縦揺れで各室の液体が通孔を通じて往き来するようになされて、縦揺れを免震するようになされているものからなっているとよい（第３発明）。

この場合は、ピストン部で仕切られたシリンダー内の各室に作用する液圧の差圧力で球体保持体を進出状態にして転がり免震支承状態を形成することができるのみならず、差圧力による球体保持体の進出動作を司る通孔を縦揺れ免震のために併用した構造であるから、縦揺れを簡素で合理的な構造によって免震することができる。

また、本発明は、球体と、
上下の構造部のいずれか一方に備えられ、球体を回転自在に保持する球体保持機構部と、
上下の構造部のもう一方に備えられ、球体を転動自在に受ける受け皿と
が備えられ、
前記球体保持機構部に、受け皿の受け面から離間することで球体による転がり支承状態を形成する一方、受け皿の受け面に当接して風揺れ阻止状態を形成する風揺れ阻止機構部が備えられていることを特徴とする風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置（第４発明）も含む。

この装置では、風揺れ阻止機構部と受け皿の受け面との、離間と当接とによって、地震時に上部構造部を免震することができると共に、強風による免震建物の風揺れを防止することができ、また、風揺れ阻止のための係合部を備えさせるスペースを転がり免震支承装置とは別に確保する必要がなく、風揺れを省スペースにて阻止することができ、転がり免震支承装置においても、受け皿の平面サイズを小さくすることができてその平面サイズをコンパクトにすることができる。即ち、第４発明は、風揺れ阻止のための具体的構成に制限はなく、要は、風揺れ阻止機構部と受け皿の受け面との係合によって風揺れ阻止状態が形成される構成になっていればよい。

また、上記の第１〜第４発明において、前記受け皿の受け面が中央に向けて傾斜する凹面からなる場合（第５発明）は、風揺れ阻止状態において、受け面の傾斜を利用してしっかりとした係合状態を形成することができる。

更に、本願は、免震支承装置と、風揺れ阻止装置と、風力センサーと、風力発電機と、蓄電池と、制御装置とが備えられ、
風揺れ阻止装置は、免震支承状態から風揺れ阻止状態への切換え動作と風揺れ阻止状態の保持に駆動力を必要とせず、風揺れ阻止状態から免震支承装置への切換えに駆動力を必要とするものからなって、蓄電池に蓄えられた電気で駆動されるようになされており、
風力発電機は、強風の前後の風で発電し、発電した電気は、蓄電池に蓄えられるようになされており、
制御装置は、地震もなく強風もない通常時は、上部構造部を免震支承状態に保持し、強風時の風力センサーからの信号に基づいて、風揺れ阻止装置を免震支承状態から風揺れ阻止状態に切り換え、強風がやむと風揺れ阻止装置を蓄電池の電気によって免震支承状態に復帰させる制御を行うようになされていることを特徴とする風揺れ阻止機能付き免震支承システム（第６発明）を含む。

このシステムでは、地震もなく強風もない通常時は上部構造部を免震支承状態に保持する制御構成において、強風による風揺れ阻止状態から強風後の免震支承状態への復帰のための駆動力を、強風前後の風力によって発電して間もない電気を用いて生じさせるようにしているので、自然エネルギーを利用した制御構成でありながら、蓄電池の電気切れによる動作上の不具合の発生をなくして、信頼性の高い動作を確保することができる。

本発明は、以上のとおりのものであるから、強風による免震建物の風揺れを防止することができ、しかも、省スペースでそれを実現することができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示す実施形態の風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置１において、２は鋼球などからなる転動用の球体、３は球体保持機構部、４は受け皿であり、受け皿４は、建物の下部構造部としての基礎５の側に受け面４ａを上に向けて固着状態に備えられ、球体保持機構部３は受け皿４の受け面４ａと上下方向において正対するように建物の上部構造部６の側に下向きに固着状態に備えられている。

上記の球体保持機構部３は、風揺れ阻止装置が組み込まれたもので、球体保持体７と、保持体ガイド部８と、進退機構部９とを備えている。球体保持体７は、その先端部である下面部に球体２を回転可能に保持する凹所７ａを備え、球体２は、該凹所７ａ内での回転保持作用を受けながら、受け皿４の受け面４ａ上を転動するようになされている。

保持体ガイド部８は、球体保持体７を上下方向に移動可能にガイド保持するもので、ガイド孔８ａを備え、該ガイド孔８ａ内に球体保持体７を差し込み状態に収容配置することによって上下方向に移動可能に保持されている。

そして、進退機構部９は、保持体ガイド部８にガイドされている球体保持体７を上下方向に進退動作させるもので、その進退動作により、図３（イ）に示すように、球体保持体７が先端側に進出して球体２によって支承される免震のための転がり支承状態と、図３（ロ）に示すように、球体保持体７が基端側に後退して保持体ガイド部８の先端部が受け皿４の受け面に当接した風揺れ阻止状態とが、切り換えられるようになされている。

具体的には、本実施形態の進退機構部９は、保持体ガイド部８をシリンダーとし、球体保持体７に、シリンダー内であるガイド孔８ａ内をその延びる方向において二室１０，１１に仕切るピストン部７ｂが備えられ、該ピストン部７ｂに二室１０，１１を連通させる通孔１２，１２が設けられている。なお、下側の室１１と外とは、球体保持体７の球体保持本体部７ｃによって仕切られている。

そして、下側の室１１には、液圧源としての油圧ポンプ１３が接続され、ポンプ１３から送られる圧油によって生じる両室１０，１１の差圧力によってピストン部７ｂに先端側、即ち下方への進出力を生じ、該進出力により球体保持体７を先端側に進出させて転がり免震支承状態を形成することができると共に、油圧を解除することにより、球体保持体７を上方に後退させて風揺れ阻止状態を形成することができるようになされている。なお、ポンプ１３は、保持体ガイド部８に組込み状態に備えられていてもよいし、そうでなくてもよい。

そのための切換え手段として、保持体ガイド部８の側には第１バルブ１４が備えられ、第１バルブ１４を開いてポンプ１３を駆動することにより、球体保持体７が下方に進出して転がり免震支承状態が形成され、該進出状態において第１バルブ１４を閉じることにより、ポンプ１３を停止した状態でその転がり免震支承状態が保持され、その状態から第１バルブ１４を開くことにより、両室１０，１１の油が抜かれて球体保持体７が上方に後退し、風揺れ阻止状態が形成されるようになされている。１７はサブタンクである。

また、上室１０内には、付勢手段としてのバネ１６が備えられ、球体保持体７が進出方向に付勢されるようになされており、小さな油圧力で球体保持体７を進出動作させることができるようになされている。

そして、球体保持体７を先端側に進出保持した転がり支承状態において、地震による縦揺れで各室１０，１１の油が通孔１２を往き来するようになされて、縦揺れ免震機構部が構成されている。通孔１２には第２バルブ１５を備えさせ、第２バルブ１５を開閉することにより、通孔１２を通じて油の往き来を許容したり、阻止したりすることができ、あるいはまた、油の通過流量を調整することができるようになされているとよい。

上記の転がり免震支承装置１では、強風もなく地震もない通常時は図３（イ）に示すように球体保持体７が下方に進出した転がり支承状態に保持され、同図に示すように、横揺れの地震が起こると、建物の上部構造部６は免震される。

この地震が縦揺れを伴う場合は、図４（イ）に示すように、通孔１２を開いた状態にしておくことにより、二室１０，１１を油が往き来することで縦揺れも免震される。

また、本実施形態では、受け皿４の受け面４ａが傾斜しているので、図４（ロ）に示すように、横揺れの地震時に球体２が受け皿４の受け面４ａ上で上下するが、二室１０，１１を油が往き来することで、上部構造部６の上下振動も免振される。

更に、上記の転がり支承状態において、地震のない通常時において、通孔１２を第２バルブ１５で閉じておき、地震時に第２バルブ１５が開く制御が行われるようにしておくのもよく、その場合は、地震も強風もない通常時における上部構造部６の上下方向の不本意な動きなどをなくすことができる。

そして、強風が吹くと、第１バルブ１４が開いて、図３（ロ）に示すように、球体保持体７が後退し、保持体ガイド部８の先端が受け皿４の受け面４ａに当接して風揺れ阻止状態となり、強風による上部構造部６の横揺れが防止される。本実施形態では、受け皿４の受け面４ａが球面状の凹面をして中央に向けて傾斜しているので、該傾斜を利用して受け皿４と保持体ガイド部８とが風揺れ阻止のためのしっかりとした係合状態になることができる。

上記の風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置１の状態の切換え制御は、図１（イ）に示すように、制御装置１８によって行われるようになされており、制御のため、本実施形態では、風センサーとしての機能を備えた風力発電機１９と、発電した電気を蓄える蓄電池２０とが備えられている。そして、一定以上の強風が吹くと、それを風力発電機１９が検知して第１バルブ１４を開く制御を行うと共に、強風やその前後の時点における風力を利用して、風力発電機１９が発電し、その電気が蓄電池２０に蓄えられ、風がやむと、制御装置１８によって、ポンプ１３に駆動信号が送られ、蓄電池２０に蓄えられた電気でポンプ１３が駆動し、転がり支承状態に自動復帰するようになされている。

こうすることで、風力発電による自然エネルギーを利用した制御構成でありながら、蓄電池２０の電気切れによる動作上に不具合の発生をなくして、信頼性の高い動作を確保することができる。

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、ポンプ１３を下側の室１１に接続した場合を示しているが、上側の室１０に接続するようにしてもよいし、上下両室１０，１１に接続するようにしてもよい。また、上記の実施形態では、球体保持機構部３を上部構造部６の側に、受け皿４を下部構造部としての基礎５の側に備えさせた場合を示しているが、逆であってもよい。また、通常時を風揺れ阻止状態にしてもよい。

図（イ）は実施形態の風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置を示す断面正面図、図（ロ）は要部拡大図である。 装置の分解断面正面図である。 図（イ）は横揺れ地震時の装置の状態を示す断面正面図、図（ロ）は強風時の装置の作動状態を示す断面正面図である。 図（イ）は縦揺れ地震時の装置の作動状態を示す断面正面図、図（ロ）は転がりによる上下方向の動きを吸収している作動状態を示す断面正面図である。

符号の説明

１…免震支承装置
２…球体
３…球体保持機構部
４…受け皿
４ａ…受け面
５…基礎（下部構造部）
６…上部構造部
７…球体保持体
７ｂ…ピストン部
８…保持体ガイド部（シリンダー）
９…進退機構部
１０…上室
１１…下室
１２…通孔
１３…ポンプ（液圧源）
１４…第１バルブ（切換え手段）
１８…制御装置
１９…風力センサー付き風力発電機
２０…蓄電池

Claims (6)

1. 球体と、
   上下の構造部のいずれか一方に備えられ、球体を回転自在に保持する球体保持機構部と、
   上下の構造部のもう一方に備えられ、球体を転動自在に受ける受け皿と
   が備えられ、
   前記球体保持機構部は、
   球体を回転可能に保持する凹所を先端部に備えた球体保持体と、
   該球体保持体を上下方向に移動可能に保持する保持体ガイド部と、
   球体保持体をガイド部にガイドさせて上下方向に進退動作させる進退機構部と、
   を備え、
   該進退機構部による球体保持体の進退動作により、球体保持体が先端側に進出して球体によって支承される免震のための転がり支承状態と、球体保持体が基端側に後退して保持体ガイド部の先端部が受け皿の受け面に当接した風揺れ阻止状態とが、切り換えられるようになされていることを特徴とする、風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置。
2. 前記進出機構部は、球体保持体を先端側に進出させた転がり免震支承状態において地震による縦揺れを免震する縦揺れ免震機構を備えている請求項１に記載の風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置。
3. 前記進退機構部は、
   保持体ガイド部をシリンダーとし、球体保持体に、シリンダー内をその延びる方向において二室に仕切るピストン部が備えられると共に、該ピストン部に二室を連通させる通孔が設けられ、
   いずれか一方又は両方の室を通じて両室に液圧をかける液圧源が備えられ、該液圧源からの液圧による両室の差圧力によってピストン部に先端側への進出力を生じるようになされており、かつ、
   前記差圧力によるピストン部の先端側進出状態を保持すると共に、その保持状態を解除する切換え手段が備えられ、球体保持体を先端側に進出保持させた転がり免震支承状態において、地震による縦揺れで各室の液体が通孔を通じて往き来するようになされて、縦揺れを免震するようになされているものからなる請求項２に記載の風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置。
4. 球体と、
   上下の構造部のいずれか一方に備えられ、球体を回転自在に保持する球体保持機構部と、
   上下の構造部のもう一方に備えられ、球体を転動自在に受ける受け皿と
   が備えられ、
   前記球体保持機構部に、受け皿の受け面から離間することで球体による転がり支承状態を形成する一方、受け皿の受け面に当接して風揺れ阻止状態を形成する風揺れ阻止機構部が備えられていることを特徴とする風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置。
5. 前記受け皿の受け面が中央に向けて傾斜する凹面からなる請求項１乃至４のいずれか一に記載の風揺れ阻止機能付き転がり免震支承装置。
6. 免震支承装置と、風揺れ阻止装置と、風力センサーと、風力発電機と、蓄電池と、制御装置とが備えられ、
   風揺れ阻止装置は、免震支承状態から風揺れ阻止状態への切換え動作と風揺れ阻止状態の保持に駆動力を必要とせず、風揺れ阻止状態から免震支承装置への切換えに駆動力を必要とするものからなって、蓄電池に蓄えられた電気で駆動されるようになされており、
   風力発電機は、強風の前後の風で発電し、発電した電気は、蓄電池に蓄えられるようになされており、
   制御装置は、地震もなく強風もない通常時は、上部構造部を免震支承状態に保持し、強風時の風力センサーからの信号に基づいて、風揺れ阻止装置を免震支承状態から風揺れ阻止状態に切り換え、強風がやむと風揺れ阻止装置を蓄電池の電気によって免震支承状態に復帰させる制御を行うようになされていることを特徴とする風揺れ阻止機能付き免震支承システム。

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